В каком состоянии при комнатной температуре находится лед при температуре

Содержание соли

Зависимость солености рассола от температуры

Отношение объема рассола к общей солености как функция температуры

Рассол, захваченный морским льдом, всегда будет при замерзании или близком к нему, поскольку любое его отклонение приведет либо к замерзанию части воды в рассоле, либо к растоплению части окружающего льда. Таким образом, соленость рассола варьируется и может быть определена строго по температуре — см. Депрессию точки замерзания . Ссылки и содержат эмпирические формулы, связывающие температуру морского льда с соленостью рассола.

Относительный объем рассола, V b , определяется как доля рассола по отношению к общему объему. Он также сильно варьируется, однако его значение труднее определить, поскольку изменения температуры могут вызвать выброс или перемещение части рассола внутри слоев, особенно в новом льду. Написание уравнений, связывающих содержание соли в рассоле, общее содержание соли, объем рассола, плотность рассола и плотность льда, и решение для объема рассола дает следующее соотношение:

V б знак равно S ρ я S б ρ б — S ρ б + S ρ я {\ displaystyle V_ {b} = {\ frac {S \ rho _ {i}} {S_ {b} \ rho _ {b} -S \ rho _ {b} + S \ rho _ {i}}}}

где S — соленость морского льда, S b — соленость рассола, — плотность льда и — плотность рассола. Сравните с этой эмпирической формулой Улаби и др .:
ρ я {\ displaystyle \ rho _ {я}} ρ б {\ displaystyle \ rho _ {b}}

V б знак равно 10 — 3 S ( — 49,185 Т + 0,532 ) {\ displaystyle V_ {b} = 10 ^ {- 3} S \ left (- {\ frac {49.185} {T}} + 0,532 \ right)}

где T — температура льда в градусах Цельсия, а S — соленость льда в частях на тысячу .

В новом льду количество рассола, выбрасываемого при охлаждении льда, можно определить, если предположить, что общий объем остается постоянным, и вычесть увеличение объема из объема рассола

Обратите внимание, что это применимо только к недавно сформированному льду: любое потепление будет иметь тенденцию к образованию воздушных карманов, поскольку объем рассола будет увеличиваться медленнее, чем объем льда, опять же из-за разницы в плотности. Кокс и Уикс предлагают следующую формулу, определяющую отношение общей солености льда между температурами T 1 и T 2, где T 2

S ( Т 2 ) S ( Т 1 ) знак равно S б ( Т 2 ) ( 1 — 1 ρ я ) S б ( Т 1 ) ρ б ( Т 2 ) ρ б ( Т 1 ) exp ⁡ { c ρ я S б ( Т 1 ) — S б ( Т 2 ) } {\ displaystyle {\ frac {S (T_ {2})} {S (T_ {1})}} = {\ frac {S_ {b} (T_ {2}) \ left (1-1 / \ rho _ {i} \ right)} {S_ {b} (T_ {1})}} {\ frac {\ rho _ {b} (T_ {2})} {\ rho _ {b} (T_ {1}) }} \ exp \ left \ lbrace {\ frac {c} {\ rho _ {i} \ left }} \ right \ rbrace}

где c = 0,8 кг м −3 — постоянная величина. Поскольку лед проходит через постоянные циклы нагрева и охлаждения, он становится все более пористым за счет выброса рассола и дренажа через образовавшиеся каналы.

График зависимости объемной солености от толщины льда для кернов льда, взятых из моря Уэдделла. Предоставлено Hajo Eicken

На рисунке выше показан график разброса солености в зависимости от толщины льда для кернов льда, взятых из моря Уэдделла , Антарктика , с наложенным экспоненциальным приближением формы ,, где h — толщина льда, а a и b — постоянные.
S знак равно exp ⁡ ( а час + б ) {\ Displaystyle S = \ ехр (ах + Ь)}

Где лёд встречается в природе?

На нашей планете лёд можно встретить везде, где температура окружающей среды опускается ниже нуля градусов (по Цельсию):

– в атмосфере в виде мелких кристалликов – снега либо инея, а также более крупных гранул – града;

– на поверхности планеты в виде ледников – многовековых скоплений, располагающихся на Северном и Южном полюсах, а также на вершинах самых высоких горных хребтов;

– под землёй в виде вечной мерзлоты – в верхнем слое земной коры вокруг Северного полюса.
Кроме того, согласно исследованиям астрономов, лёд, т.е. замороженную воду, обнаружили на многих планетах Солнечной системы. В незначительных количествах он имеется на Марсе и на ряде карликовых планет, а также на спутниках Юпитера и Сатурна.

Классификация

По происхождению бывают следующими:

  • морские;
  • пресноводные (они же речные);
  • материковые (они же глетчерные).

Процесс образования достаточно прост: морские — в море, речные — в реках, могут выносить потоком в открытое морское пространство. Материковые — плавающие ледники, их обломки и, в особенности, айсберги.

Следующий признак — возраст, здесь виды льда различаются так:

  • молодой лёд (иглы, сало, снежура и многое другое);
  • поверхностный — кристаллический лёд;
  • нилас — эластичная ледяная корка на поверхности морской воды;
  • серый (15 см толщины) — вода с примесями, такой вид не является полностью очищенным;
  • белый (более 30 см) — процесс очищения полностью произошел;
  • 1-летний, 2-летний — не тающий в течение этого периода;
  • многолетний (либо паковый — арктический, промерзает не менее, чем на 3 метра);
  • вечный лёд — не тающий совсем, такие ледники залегают глубоко под землей.

Различаются они по тому, как двигаются. Есть неподвижные — вроде ледяного покрова Арктики и Антарктики. Это сплошной покров, закрепленный на суше, либо примерзший к чему-то и не тающий. Он буквально припаивается, постепенно разрастаясь — отсюда ещё одно название «припай». Также есть стамух (фактически айсберг, севший на мель) и береговой вал.

Следующий вид — плавучий, дрейфующий тип льдов. Он постоянно движется по воде, передвигаясь под внешним влиянием — ветром и течениями. Такая форма преобладает, они дополнительно классифицируются по размерам: на ледяные поля разного размера, мелкобитный лёд.

Материковые появляются в результате сколов массивных частей припая. Край называется ледниковым барьером, а съехавший и плавающий — языком. К ним же относятся айсберги (толщина льда достигает десятков метров), острова льда (свыше 30км в диаметре).

Структура

Замерзание и таяние — процесс самостоятельной очистки воды. Природный лёд, как правило, значительно чище воды. Растущие кристаллы создают собственную решетку, вытесняя посторонние примеси обратно в жидкость.

Кристаллическая решетка напоминает соты или даже структуру драгоценного камня. Каждая молекула окружена другими, в результате формируется водородная связь. Отсюда и сетчатая структура, что приводит к понижению плотности. Известно 14 видов замершей воды. Большинство отличающихся структур образуются только при экстремально низких температурах. Потому и не встречаются на Земле, а лишь в Космосе.

Лёд оказывает большое влияние на условия существования флоры, фауны и даже деятельность человека. Именно он образует на воде плавучий покров, своеобразно защищая подводную жизнь от гибели.

Благодаря свой структуре, кристаллизованный лёд способен сохранять информацию обо всем, включая флору и фауну (он просто её замораживает), также данные о том, при каких условиях произошло замерзание. На это влияют слоистая структура льда. Именно так удалось выявить ДНК мамонтов, к примеру. Слои ледников детектируются разными годами и даже эпохами. Так было выяснено, что теплыми годами для Арктики были 1550 и 1930.

Молекулы льда кристаллизуются в форме двойной спирали при воздействии низких минусовых температур и высокого давления. При таких условиях ледяной кристалл напоминает структуру ДНК.

Применение сухого льда

Двуокись углерода нашла широкое применение в самых разных отраслях промышленности и сельского хозяйства. Она применяется во всех трех своих агрегатных состояниях (углекислый газ, жидкая углекислота, сухой лед). самостоятельно производит сухой лед и углекислоту из сырья высшего сорта. Чтобы узнать, сколько стоит сухой лед, достаточно позвонить нам.

В газообразном состоянии

Наиболее широко углекислый газ применяется в пищевой индустрии, поскольку способствует длительному хранению и консервации продуктов и напитков, насыщает алкогольные и безалкогольные напитки газом, очищает их от ненужных солей, добавляет в питьевую воду ионы кальция и магния, удобряет растения и способствует повышению урожайности, безопасно уничтожает вредных насекомых и их отложения и может применяться во многих других аспектах производства пищевых продуктов.

В медицинских целях для улучшения кровотока применяются специальные ванны из углекислого газа, а вкупе с кислородом используют в качестве фактора, стимулирующего дыхание.

В бумажно-целлюлозной отрасли он применяется, поскольку повышает объемы производства бумаги, улучшает ее качество и способствует лучшему отбеливанию целлюлозы и обработке пульпы.

В металлургии и строительстве углекислый газ находит применение в качестве быстрого хладагента для металлических пресс-форм, вспенивает материалы из пористого пластика, делает более прочным кирпич и т.д.

В жидком состоянии

Углекислота (жидкая форма двуокиси углерода) в производстве продовольственных товаров применяется в качестве хладагента, способного быстро заморозить пищевые продукты, при этом не вызывая ржавчину на металлическом оборудовании и нежелательные химические реакции. К тому же углекислота безопасна для людей и не обладает свойством токсичности.

Помимо заморозки углекислота употребляется для быстрого охлаждения упакованных и неупакованных продуктов до температуры хранения (+2-6°С). Она останавливает размножение бактерий и надолго сохраняет свежесть продукта. Углекислота как хладагент менее опасна для озонового слоя земли, не повреждает установки и оборудование, стоит недорого.

Замороженные углекислотой пищевые и иные продукты легко поддаются измельчению на мелкие частицы, разделяются даже те, которые в обычном состоянии измельчить невозможно (например, каучук). Поэтому она эффективно используется в металлургической, машиностроении для охлаждения деталей и проведения сварочных работ в защитной среде. Также углекислота применяется в качестве (сухой) взрывчатки в горнодобывающей промышленности.

В твердом состоянии

Сухой лед (твердая двуокись углерода) также имеет огромное значение во многих отраслях промышленного производства и сельскохозяйственного комплекса.

Сухой лед, цена на который значительно ниже иных хладагентов, активно используется в пищевой отрасли, в частности, при транспортировке мясных, молочных и рыбных продуктов, ягод, овощей и других быстро портящихся товаров. Полное испарение двуокиси углерода оставляет емкости после себя чистыми и сухими, что экономит на очистке транспортировочной тары.

Помимо употребления в качестве дешевого и эргономичного охлаждающего агента, сухой лед является эффективным средством очистки промышленного оборудования от сложных скоплений грязи в самых труднодоступных местах, при этом его мягкость и «сухость» не повреждают очищаемые поверхности, а сама процедура не требует применения разрушающих химических веществ, которые после необходимо утилизировать.

Также твердая двуокись углерода широко используется в строительстве (заморозка грунта), в металлургии, машиностроении, медицине, в шоу-бизнесе (в частности, в качестве безопасного «тяжёлого» дыма во время представлений) и проведении работ по улучшению погодных условий (разгон облаков).

В настоящее время многие компании в силу популярности двуокиси углерода расширяют его производство. Сухой лед изготавливается в блоках и гранулах. Купить сухой лед в Москве можно во многих специализированных сухой лед оптом и в розницу можно заказать непосредственно на сайте. Купить сухой лед в розницу можно в объеме не менее 1 кг.

Безопасные показатели

Не рискуйте своей жизнью и не выходите на первый лед, полотно находится на стадии формирования, любое необдуманное действие может стоить вам жизни. В зависимости от толщины, лед на водоемах принято разделять на несколько категорий:

  • минимальная толщина – около 7 сантиметров. Такой толщин в среднем хватает, чтобы выдержать вес человека. Выходить на такой лед крайне нежелательно, но если вы все же оказались на водоеме, начинайте двигаться в сторону берега, не отрывая ступней от поверхности;
  • безопасная толщина – 10 и более сантиметров (минимум 15 сантиметров для водоемов с соленой водой);
  • опасная толщина – менее 5 сантиметров. Попадая на такой лед, вы с большей вероятностью провалитесь под воду.

Стоит помнить о том, что даже в середине января лед не всегда достаточно плотный, чтобы выдержать вес человека. Согласно наблюдениями, если около 3 дней температура повышалась до 0 градусов, лед становится небезопасным.

Мониторинг и наблюдения

Изменения в условиях морского льда лучше всего демонстрируют скорость таяния во времени. Сводная запись арктических льдов показывает, что отступление льдин началось примерно в 1900 году, а в последние 50 лет началось более быстрое таяние. Спутниковые исследования морского льда начались в 1979 году и стали гораздо более надежным средством измерения долгосрочных изменений морского льда. По сравнению с расширенными данными, протяженность морского льда в полярном регионе к сентябрю 2007 г. составляла лишь половину зарегистрированной массы, которая, по оценкам, существовала в период 1950–1970 гг.

Арктический морской лед степени лед ударил рекордно низкого в сентябре 2012 года, когда лед был определен , чтобы покрыть только 24% от Северного Ледовитого океана, компенсируя предыдущий минимум на 29% в 2007 году Предсказания , когда первый может быть разным.

В период спутниковых наблюдений, начавшихся в 1979 году, протяженность морского льда в Антарктике постепенно увеличивалась, пока весной 2016 года в южном полушарии не произошло резкого спада.

Свойства воды

Прежде чем говорить о температуре таяния льда, стоит рассмотреть основные свойства этой уникальной жидкости.

Итак, воде присущи следующие свойства:

  • Отсутствие цвета.
  • Отсутствие запаха.
  • Отсутствие вкуса (однако качественная питьевая вода имеет приятный вкус).
  • Прозрачность.
  • Текучесть.
  • Способность растворять различные вещества (например, соли, щелочи и т. д.).
  • Вода не имеет собственной постоянной формы и способна принимать форму сосуда, в который попадает.
  • Способность очищаться посредством фильтрования.
  • При нагревании вода расширяется, а при охлаждении сжимается.
  • Вода может испаряться, превращаясь в пар, и замерзать, образуя кристаллический лед.

В этом списке представлены основные свойства воды. Теперь разберемся, каковы особенности твердого агрегатного состояния этого вещества, и при какой температуре тает лед.

Лед: свойства вытеснения и чистоты

По своему составу у льда высокая степень чистоты, так как кристаллическая решетка не оставляет свободного места различным посторонним молекулам. Когда вода замерзает, то она вытесняет различные примеси, которые в ней когда-то растворились. Таким же образом можно получить очищенную воду в домашних условиях.

Но некоторые вещества способны затормаживать процесс замерзания воды. Например, соль в морской воде. Лёд в море образуется только при очень низких температурах. Удивительно, но процесс замерзания воды каждый год способен поддерживать самоочищение от разных примесей в течение многих миллионов лет подряд.

Свойства

Основная масса бесцветна. Совсем прозрачный лёд характерен для пресноводных водоемов. Ярчайший пример — лёд на озере Байкал. Намерзшие глыбы абсолютно чистые и прозрачные. Морской и речной обычно имеют белый цвет с легким синеватым оттенком, а речной также имеет — грязный серый цвет, к тому же такие льды быстро тают.

Цвет льда напрямую зависит от окружающей обстановки. Так, лёд в воде кажется синим, потому что принято считать, что вода имеет именно такой оттенок.

Следующее свойство — блеск, похожий на стекло. Он также может порезать кожу человека. Основные массы не имеют спаек, вода буквально замерзает в монолитную массу без швов.

Минерал насчитывает более 14 модификаций, уже приведенных выше. На Земле встречается только два первых вида. Связано это с экстремально низкими температурами и высоким давлением, что свойственно другим планетам. Температура льда также может различаться: на вершинах гор она равна 0 градусов, тогда как самыми теплыми являются гренландские — 28 градусов.

Другая особенность — расширение массы замерзающий воды при образовании кристаллической решетки. Именно это свойство спасает флору и фауну во время зимы, не позволяя промерзать водоемам до самого дна. Возможно образование сосулек — длинных ледяных полотен до самого дна, но они никак не влияют на окружение.

Уникальность талой воды также не заканчивается на молекулярном уровне. Так, к примеру, талая вода будет довольно чистой и пригодной для питья. Поскольку образование льда является естественным очистителем для воды.

Существуют планеты, которые полностью покрывает горячий лед (например, Gliese 436 b). Разумеется, всё на уровне предположений — никто достоверно не знает. Предположительная температура на приведенной планете держится в 300°C, но сила давления настолько высока, что воду попросту сжимает и удерживает в твердом состоянии.

Различается удельная теплоемкость воды и льда в зависимости от температуры в интервале от 0 до -100°C. Снижение приводит к тому, что параметр значительно уменьшается, но теплопроводность и плотность, напротив, возрастает. Теплоемкость льда меньше в два раза, чем у воды, потому он может оставаться холодным, даже при высоких температурах (пример — гренландские теплые льды). Но их плотность будет близка к массе воды.

Температура, °С Плотность, кг/м 3 Теплопроводность, Вт/(м·град) Теплоемкость, Дж/(кг·град)
0.01 (Вода) 999,8 0,56 4212
916,2 2,22 2050
-5 917,5 2,25 2027
-10 918,9 2,30 2000
-15 919,4 2,34 1972
-20 919,4 2,39 1943
-25 919,6 2,45 1913
-30 920,0 2,50 1882
-35 920,4 2,57 1851
-40 920,8 2,63 1818
-50 921,6 2,76 1751
-60 922,4 2,90 1681
-70 923,3 3,05 1609
-80 924,1 3,19 1536
-90 924,9 3,34 1463
-100 925,7 3,48 1389

Таким образом, свойства льда не изучены в полной мере и могут предполагаться в лабораторных условиях.

Лёд и его разновидности

Существует дополнительная градация по разновидностям:

  • атмосферный — твердый вид атмосферных осадков (снег, иней, град и даже туман);
  • ледяная вода — также разновидность минерала, поскольку в неё присутствуют кристаллы;
  • водяной покров — в воде, на её поверхности или прямо в массе (донный, внутриводный, ледяной);
  • подземный — первичный и вторичный, относится к многолетним и вечным типам;
  • ледниковый, соответственно, ледник.

Кроме того, разработан искусственный лёд. К нему также относятся разные типы поверхностей и разновидностей. Например, хоккейный лёд — специальное покрытие, максимально подходящее для игры. Сюда же относится материал покрытия для конькобежных видов спорта, фигурного катания и т.д.

Существует другая, сублимированная формула льда (CO2 — диоксид углерода), которая позволяет миновать жидкую фазу и сразу перейти в водяной пар. Таким образом достигается охлаждение пищевых продуктов, проводятся испытания и лабораторные исследования. Называется разновидность — синтетический или же сухой лёд.

Существует ещё много разновидностей: от цветного до обычного кубического льда, который легко делается в холодильнике.

Морфология

Природный лёд — это минерал, имеющий массу разновидностей. Часто это естественное скопление мелких частиц, перешедших из фазы жидкости. Но есть и виды, образованные вследствие сублимации. В целом, это масса, а именно кристаллы встречаются редко — сталактиты, сталагмиты. Наиболее яркий пример — Кунгурская ледяная пещера.

Ледяные забереги — полосы покрова, который образуется на границе между водой и воздухом. При этом основная часть воды не промерзает. Однако, начинаясь от берегов, они могут полностью срастаться на середине водоема, образуя сплошное полотно. Объем льда при этом может достигать как нескольких см, так и много метров.

Что такое каток и как он устроен?

Каток — специальное место с ледовым покрытием, предназначенное для катания на коньках. Катки бывают естественные и искусственные. Естественные катки образуются в результате отрицательной температуры на улице, и исчезают, когда эта самая температура поднимается.

Искусственные катки — специально сооружения, созданные для занятий зимними видами спорта, такими как хоккей, фигурное катание, керлинг, шорт-трек, рингетт и т.д. Такие катки могут работать при любой погоде и в любое время года — поддержание нужной температуры в ледовом зале и температуры льда обеспечивает специальное оборудование.

В ледовом зале за температуру отвечают (отделочные материалы катка, климатические установки), а вот за состояние льда — специальные холодильные установки. Холодильная установка обеспечивает отрицательную температуру льда за счёт специальных стальных или пластиковых трубок, которые располагаются подо льдом. В трубках находится специальный раствор, который и обеспечивает заморозку воды над трубками.

Давайте выделим главные элементы:

  • Холодильная установка.
  • Система трубок (их ещё называют айс матами).
  • Хлодогент (тот самый специальный раствор).

Вес холодильной установки около 10 тонн, длина 19-12 метров, ширина 2,5-3 метра. Для работы системы так же требуется 8-9 тонн хладогена, а управляет всем этим хозяйством соответствующий персонал на катке. В профессиональных спортивных аренах вся эта система ставится на бетон, в более простых вариантах — прямо на землю, причём на качестве льда это совершенно не отражается.

Температура льда.

Температура льда в помещении катка во время спортивных мероприятий ограничена технологическими требованиями и составляет –7°С, -5°С, -4°С для шорт-трека, хоккея и фигурного катания соответственно. При этом требуемая температура воздуха на уровне 1,5 м от ледовой поверхности должна обеспечиваться в диапазонах +6°С….+12°С, а на трибунах +10°С…+15°C. На расчетные условия в разных функциональных зонах существенно влияют тепло – и влаговыделения, которые напрямую зависят от количества зрителей во время массовых мероприятий.

Требования к ледовым дворцам.

К ледовым Дворцам предъявляются особые требования, каток должен быть определенной формы и размеров, с установленными бортами и защитными стёклами, и только тогда на нем смогут играть в хоккей. Так же существуют требования относительно трибун — нельзя, к примеру, заявить команду в КХЛ, если ваш каток имеет трибуны на что зрителей. У каждой лиги — свои требования, и команды-участницы про эти требования знают и соблюдают.

Готовим площадку

Выбранное под каток место нужно как-то ограничить. Например, по периметру площадки соорудить невысокий вал из земли или огородить пространство досками, вдавленными в снег. Вопрос о том, стоит ли возводить на катке бортики, не принципиальный. Бортики необходимы для игры в хоккей, но если на катке планируется просто кататься, то можно обойтись без них.

Сама площадка очищается от мусора, выравнивается и плотно утрамбовывается. Делается это лопатами либо при помощи ручного катка, Можно также привлечь к общественно-полезному труду праздношатающуюся ребятню: пусть притаптывают. В результате должна получиться плотная снежная подушка толщиной хотя бы 5 см. Плотность снега должна быть такой, чтобы не проваливаться при ходьбе.

Если на площадке есть ямки, выбоины, камни, ветки и что-то еще – все это выравнивается и убирается. После подготовки площадку можно заливать.

Плотность

Уникальные свойства молекулы воды позволяют ей трансформироваться в разные агрегатные состояния: жидкое, твердое, газообразное. Молекула льда, как и жидкой воды, имеет один и тот же состав.

Плотность льда (р-0,917 г/см3), жидкой воды (р-0,9982 г/см3)

Рассмотрим различия в строении молекулы на изображении № 4.

В кристалле льда между молекулами воды остаются пустоты. Объем пустот чуть больше, чем размер отдельной молекулы воды. Поэтому он имеет наименьшую плотность.

Таким образом, образующийся зимой ледяной покров не тонет, а плавает на поверхности воды, так как его плотность меньше плотности жидкой воды.

Иначе все водоемы зимой наполнились бы льдом, и в них не могли бы существовать живые организмы. Большинство других веществ увеличивают свою плотность при замерзании.

Происхождение

Лёд образуется на поверхности воды, сковывая её течение при понижении температуры воздуха. Начальная температура льда всего 0°С — этого достаточно, чтобы начали появляться иголки, которые образуют кристаллизованную чашу. То есть в основе происхождения льда лежит вода и минусовая температура.

Существует несколько районов на Земле, где в слоях залегает вечная мерзлота. Грунтовый лёд в таких местах оттаивает лишь на незначительную глубину. Ниже встречается подземный лёд, который также имеет два вида: современный и ископаемый. 10% процентов планеты покрыто ледниковым льдом. А на поверхности морей и океанов образуется морской лёд — но не везде, существует пресноводный вид и множество других. Все они имеют различное происхождение, в зависимости от типа воды.

Давление порождает тяжёлые льды


Рис. 3. Диаграмма состояния кристаллических льдов

Читатель
уже, наверное, и сам догадался, что игры со льдами, как
правило, связаны с их охлаждением до температур сухого
льда
, жидкого азота, а то и гелия, а также
со сжатием до давления в тысячи атмосфер. Общее
представление о результатах можно получить, глядя на рисунок 3, где показана диаграмма состояния кристаллических льдов. Детали же таковы.

Многие льды высокого давления можно сохранить
и при нормальном давлении. Для этого их охлаждают
в жидком азоте, а затем давление сбрасывают. Именно
на таких закалённых льдах и были проведены основные
исследования. Они показали, что их строение весьма
разнообразно.

Структуру первого льда высокого давления, льда II, определили
на заре исследований в этой области, когда появились первые
мощные приборы для рентгеноструктурного анализа, а именно
в 1964 году. Как оказалось, этот лёд состоит
из полых колонок, образованных шестизвенными гофрированными
циклами. Каждая колонка окружена шестью такими же колонками,
сдвинутыми друг относительно друга на треть периода. Структуру
этого льда можно получить, если часть сот льда Ih развалить и превратить их в ажурные каркасы, связывающие остальные соты (рис. 4).
При этом размер получившихся шестигранных каналов сильно
увеличивается — именно у льда II самые широкие каналы,
их диаметр составляет 3 Å. В таких каналах могут располагаться атомы гелия, неона и даже молекулы водорода.

Рис. 4. Лёд II

Главная
странность, связанная с льдом II, состоит в том, что
в чистом виде его никто не получал —
он стабилизируется в присутствии следовых количеств газов.
Если, например, давление создают с помощью гелия, он неизбежно
растворится в замерзающей воде. Есть сведения, что аргон —
другой инертный газ, пригодный для использования в этой
установке, — тоже способен дать твёрдые растворы. А расположен
лёд II на диаграмме состояния между льдом III
и льдом IX. Они различаются между собой упорядочением
протонов, кислородный же каркас у них одинаков: спирали
из одних молекул воды, как будто нанизанные на оси
из других молекул воды (рис. 5).

Рис. 5. Льды III и IX обладают одинаковыми каркасами

Исследования
льда III проводить сложно: нет никакой возможности его закалить.
При охлаждении до температуры жидкого азота, 78К,
он неизбежно упорядочивается и становится льдом IX.
Расположение льда II с его оригинальной структурой между двумя
столь похожими льдами представляется не совсем законным, однако
исследователи всё-таки считают его настоящим льдом.

Получить гидраты того же гелия на основе льда II можно двумя способами. Во-первых, приложить (в атмосфере гелия) к воде давление в 0,28–0,5 ГПа и охладить её до 250–270К. Хотя в этой области диаграммы стабильны льды III и V, получится гидрат на основе льда II. Что интересно, протоны в нём уже упорядочены. (Обычно они упорядочиваются только при сильном охлаждении уже получившегося льда.) Во-вторых, можно растворить гелий во льду Ih при низкой температуре и давлении 0,3 ГПа.
Появление гелия приводит к расширению кристаллической решётки,
и затем её нагрев до 180К помогает пройти структурному
превращению.

Относительная лёгкость получения твёрдых растворов
в льду II, а также его высокий потенциал в качестве
хранилища газообразного водорода (одна молекула газа на шесть молекул воды) привлекают к нему внимание учёных-практиков: сейчас активно обсуждается возможность его применения в водородной энергетике

Как приготовить фруктовый лед дома

Этот процесс не представляет абсолютно никакой сложности. Все, что вам потребуется для приготовления 1 кг фруктового льда со вкусом любимой газировки, это:

  • Пищевая фольга
  • Палочки от мороженого или маленькие пластиковые ложки, чтобы готовый лед было удобно держать
  • Формочки для мороженого (если их нет в наличии, простые пластиковые стаканчики тоже вполне подойдут)
  • 250 мл кока-колы
  • 3-4 гр лимонной кислоты
  • Желатина (или 20 гр крахмала, на ваш выбор)
  • 450 мл воды (если вместо желатина вы решили использовать картофельный крахмал, тогда воды понадобится чуть меньше — 430 гр).

Колу можно брать любой марки, которая соответствует вашим вкусовым предпочтениям. Лимонная кислота и желатин (либо лимонная кислота и крахмал) необходимы в составе фруктового льда в качестве стабилизаторов. Без них лед получится слишком жестким.

Лимонную кислоту тоже лучше заранее отдельно растворить в небольшом количестве воды. Итак, можно начинать приготовление.

Рецепт приготовления фруктового льда

  1. Шаг первый — оставшуюся от указанного в рецепте объема воду и стабилизатор (крахмал или желатин) подогревать на небольшом огне в течение 3-4 минут, пока стабилизатор полностью не растворится.
  2. Далее следует процедить получившуюся смесь через марлю.
  3. Помешивая, в процеженную субстанцию ввести кока-колу.
  4. Колу со стабилизатором нужно остудить, затем тонкой струйкой влить растворенную лимонную кислоту.
  5. На две трети заполнить формочки или стаканчики будущим фруктовым льдом. Накрыть их сверху пищевой фольгой. Аккуратно вставить в центр каждого стаканчика палочку для мороженого, зафиксировав ее при помощи пищевой фольги. Убрать стаканчики в морозильную камеру холодильника на 1,5-2 часа. Саму смесь пока поставить в холодильник, чтобы не нагревалась.
  6. По истечении указанного времени достать из морозилки формочки со льдом, и удостоверившись, что палочки для мороженого надежно вмерзли и зафиксировались, долить оставшейся смесью, немного не доводя до самого края формы. Как вы наверняка помните из школьного курса физики, жидкость при замерзании расширяется, поэтому замерзший фруктовый лед также займет в форме чуть больше места, чем в жидком своем состоянии.
  7. Снова убрать формочки в морозилку еще на 1-1,5 часа.

Итак, фруктовый лед готов к употреблению!

Один из рецептов фруктового льда приведен в видео:

Готовый фруктовый лед — какой выбрать?

На витринах магазинов представлено множество разновидностей ледяного лакомства. Поэтому, если вам не хочется готовить фруктовый лед в домашних условиях, можно запросто купить готовый. Какой же выбрать?

Этот фруктовый лед обладает ярким бодрящим вкусом. Вес его в упаковке составляет 60 гр, калорийность одной порции лакомства — 80 ккал, массовая доля сахаров составляет около 20 гр от общей массы порции фруктового льда.

Этот бренд и на сегодня входит в число наиболее востребованных и популярных среди покупателей. Но на рынке имеются и другие марки, аналогичные тому, что предлагает «Юнилевер Русь».

В отличие от фруктового льда, изготовленного в домашних условиях, лакомство, произведенное промышленно, обладает более высоким содержанием углеводов из-за дополнительного содержания в его составе сахара. Поэтому тем, кто старательно следит за фигурой, домашний фруктовый лед будет более полезен, хотя его изготовление и потребует некоторого количества свободного времени.

Плотность

Уникальные свойства молекулы воды позволяют ей трансформироваться в разные агрегатные состояния: жидкое, твердое, газообразное. Молекула льда, как и жидкой воды, имеет один и тот же состав.

Плотность льда (р-0,917 г/см3), жидкой воды (р-0,9982 г/см3)

Рассмотрим различия в строении молекулы на изображении № 4.

В кристалле льда между молекулами воды остаются пустоты. Объем пустот чуть больше, чем размер отдельной молекулы воды. Поэтому он имеет наименьшую плотность.

Таким образом, образующийся зимой ледяной покров не тонет, а плавает на поверхности воды, так как его плотность меньше плотности жидкой воды.

Иначе все водоемы зимой наполнились бы льдом, и в них не могли бы существовать живые организмы. Большинство других веществ увеличивают свою плотность при замерзании.