نوع الشبكة البلورية الجليدية. الاستبداد السداسي

ليست الذرات أو الجزيئات الفردية هي التي تدخل في التفاعلات الكيميائية، بل المواد.

مهمتنا هي التعرف على بنية المادة.

عند درجات الحرارة المنخفضة، تكون المواد في حالة صلبة مستقرة.

☼ أصعب مادة في الطبيعة هي الماس. ويعتبر ملك جميع الأحجار الكريمة والأحجار الكريمة. واسمها نفسه يعني "غير قابل للتدمير" باللغة اليونانية. منذ فترة طويلة كان ينظر إلى الماس على أنه أحجار معجزة. وكان يُعتقد أن من يرتدي الألماس لا يعرف أمراض المعدة، ولا يتأثر بالسم، ويحتفظ بذاكرته ومزاجه البهيج حتى الشيخوخة، ويتمتع بنعمة ملكية.

☼ الماس الذي خضع لمعالجة المجوهرات - القطع والتلميع - يسمى الماس.

عند الانصهار نتيجة الاهتزازات الحرارية، يتعطل ترتيب الجزيئات، فتصبح متحركة، في حين لا تتعطل طبيعة الرابطة الكيميائية. وبالتالي، لا توجد فروق جوهرية بين الحالات الصلبة والسائلة.

يكتسب السائل سيولة (أي القدرة على اتخاذ شكل وعاء).

بلورات سائلة

تم اكتشاف البلورات السائلة في نهاية القرن التاسع عشر، ولكن تمت دراستها في آخر 20-25 سنة. تعمل العديد من أجهزة العرض الخاصة بالتقنية الحديثة، مثل بعض الساعات الإلكترونية وأجهزة الكمبيوتر الصغيرة، على البلورات السائلة.

بشكل عام، تبدو عبارة "البلورات السائلة" أقل غرابة من "الجليد الساخن". ومع ذلك، في الواقع، يمكن أن يكون الجليد ساخنًا أيضًا، لأن... عند ضغط يزيد عن 10000 ضغط جوي. يذوب الجليد المائي عند درجات حرارة أعلى من 200 درجة مئوية. والأمر غير المعتاد في تركيبة "البلورات السائلة" هو أن الحالة السائلة تشير إلى حركة الهيكل، وأن البلورة تعني ترتيبًا صارمًا.

إذا كانت المادة تتكون من جزيئات متعددة الذرات ذات شكل ممدود أو صفائحي ولها بنية غير متماثلة، فعند ذوبانها، يتم توجيه هذه الجزيئات بطريقة معينة بالنسبة لبعضها البعض (محاورها الطويلة متوازية). في هذه الحالة، يمكن للجزيئات أن تتحرك بحرية بالتوازي مع نفسها، أي. يكتسب النظام خاصية السيولة المميزة للسائل. وفي الوقت نفسه، يحتفظ النظام ببنية مرتبة، تحدد الخصائص المميزة للبلورات.

إن الحركة العالية لمثل هذا الهيكل تجعل من الممكن التحكم فيه من خلال التأثيرات الضعيفة جدًا (الحرارية والكهربائية وما إلى ذلك)، أي. تغيير خصائص المادة عمدًا، بما في ذلك الخصائص البصرية، مع استهلاك قدر قليل جدًا من الطاقة، وهو ما يستخدم في التكنولوجيا الحديثة.

أنواع الشبكات الكريستالية

تتكون أي مادة كيميائية من عدد كبير من الجزيئات المتطابقة والمترابطة.

في درجات الحرارة المنخفضة، عندما تكون الحركة الحرارية صعبة، تكون الجزيئات موجهة بشكل صارم في الفضاء والشكل شعرية الكريستال.

خلية بلورية - هذا هيكل مع الترتيب الهندسي الصحيح للجزيئات في الفضاء.

في الشبكة البلورية نفسها، يتم تمييز العقد والمساحة الداخلية.

نفس المادة حسب الظروف (ص, ر،...) موجود في أشكال بلورية مختلفة (أي أن لديهم شبكات بلورية مختلفة) - تعديلات متآصلة تختلف في الخصائص.

على سبيل المثال، هناك أربعة تعديلات معروفة للكربون: الجرافيت، والماس، والكارباين، واللونسداليت.

☼ النوع الرابع من الكربون البلوري، "لونسدالايت"، غير معروف إلا قليلاً. وقد تم اكتشافه في النيازك وتم الحصول عليه بشكل صناعي، ولا تزال بنيته قيد الدراسة.

☼ تم تصنيف السخام وفحم الكوك والفحم على أنها بوليمرات كربون غير متبلورة. ومع ذلك، فقد أصبح من المعروف الآن أن هذه هي أيضا مواد بلورية.

☼ بالمناسبة، تم العثور على جزيئات سوداء لامعة في السخام، والتي كانت تسمى "الكربون المرآة". الكربون المرآة خامل كيميائيًا، ومقاوم للحرارة، ومقاوم للغازات والسوائل، وله سطح أملس ومتوافق تمامًا مع الأنسجة الحية.

☼ يأتي اسم الجرافيت من الكلمة الإيطالية "الجرافيتو" - أنا أكتب وأرسم. الجرافيت عبارة عن بلورات رمادية داكنة ذات بريق معدني ضعيف ولها شبكة ذات طبقات. الطبقات الفردية من الذرات في بلورة الجرافيت، متصلة ببعضها البعض بشكل ضعيف نسبيًا، يمكن فصلها بسهولة عن بعضها البعض.

أنواع الشبكات البلورية

	أيوني			معدن
ما هو موجود في العقد من الشبكة البلورية، الوحدة الهيكلية	الأيونات	الذرات	جزيئات	الذرات والكاتيونات
نوع الرابطة الكيميائية بين جزيئات العقدة	أيوني		تساهمية: قطبية وغير قطبية	معدن
قوى التفاعل بين جزيئات الكريستال	كهرباء منطقي	تساهمي	بين الجزيئات- جديد	كهرباء منطقي
الخصائص الفيزيائية بسبب الشبكة البلورية	· قوى التجاذب بين الأيونات قوية، · تي رر. (المواد المقاومة للحرارة)، · يذوب بسهولة في الماء، · يوصل الذوبان والمحلول التيار الكهربائي، غير متطايرة (لا رائحة)	· الروابط التساهمية بين الذرات كبيرة، · تي رر. و T كيب جدا، · لا تذوب في الماء، · لا يوصل المصهور التيار الكهربائي	· قوى التجاذب بين الجزيئات صغيرة، · تي رر. ↓، وبعضها قابل للذوبان في الماء، · لها رائحة متطايرة	· قوى التفاعل كبيرة، · تي رر. , ارتفاع الحرارة والموصلية الكهربائية
الحالة الكلية للمادة في الظروف العادية	صعب	صعب	صعب، الغازي سائل	صعب، سائل (ن ز)
أمثلة	معظم الأملاح والقلويات وأكاسيد المعادن النموذجية	C (الماس، الجرافيت)، Si، Ge، B، SiO 2، CaC 2، SiC (carborundum)، BN، Fe 3 C، TaC (t pl. = 3800 0 C) الفوسفور الأحمر والأسود. أكاسيد بعض المعادن.	جميع الغازات والسوائل ومعظم اللافلزات: الغازات الخاملة، الهالوجينات، H 2، N 2، O 2، O 3، P 4 (أبيض)، S 8. مركبات الهيدروجين من اللافلزات، أكاسيد اللافلزات: H 2 O، ثاني أكسيد الكربون "الثلج الجاف". معظم المركبات العضوية.	المعادن والسبائك

إذا كان معدل نمو البلورات منخفضًا عند التبريد، تتشكل الحالة الزجاجية (غير المتبلورة).

1. العلاقة بين موقع عنصر ما في الجدول الدوري والشبكة البلورية لمادته البسيطة.

هناك علاقة وثيقة بين موقع العنصر في الجدول الدوري والشبكة البلورية للمادة العنصرية المقابلة له.

		مجموعة
				ثالثا				سابعا	ثامنا
ص ه ر و يا د								ح 2
						ن 2	O2	ف 2
	ثالثا					ص 4	س 8	Cl2
								بي آر 2
								أنا 2
يكتب شعرية الكريستال		معدن					الذري	جزيئي

المواد البسيطة من العناصر المتبقية لها شبكة بلورية معدنية.

اصلاح

ادرس مادة المحاضرة وأجب عن الأسئلة التالية كتابة في دفترك:

1. ما هي الشبكة البلورية؟
2. ما هي أنواع الشبكات البلورية الموجودة؟
3. وصف كل نوع من أنواع الشبكات البلورية حسب المخطط: ما يوجد في عقد الشبكة البلورية، الوحدة الهيكلية ← نوع الرابطة الكيميائية بين جزيئات العقدة ← قوى التفاعل بين جزيئات البلورة ← الخواص الفيزيائية الناتجة عن البلورة شعرية ← الحالة الإجمالية للمادة في الظروف العادية ← أمثلة

أكمل المهام حول هذا الموضوع:

1. ما نوع الشبكة البلورية التي تحتوي عليها المواد التالية المستخدمة على نطاق واسع في الحياة اليومية: الماء وحمض الأسيتيك (CH 3 COOH) والسكر (C 12 H 22 O 11) وسماد البوتاسيوم (KCl) ورمل النهر (SiO 2) - ذوبان النقطة 17100C، الأمونيا (NH3)، ملح الطعام؟ توصل إلى استنتاج عام: ما هي خصائص المادة التي يمكن من خلالها تحديد نوع شبكتها البلورية؟
2. استخدام صيغ المواد المعطاة: SiC، CS 2، NaBr، C 2 H 2 - تحديد نوع الشبكة البلورية (الأيونية والجزيئية) لكل مركب، وبناءً على ذلك، وصف الخواص الفيزيائية لكل مادة من المواد الأربع .
   
3. المدرب رقم 1. "شبكات كريستال"
   
4. المدرب رقم 2. "مهام الاختبار"
   
5. اختبار (ضبط النفس):

1) المواد التي لها شبكة بلورية جزيئية كقاعدة:

أ). حراريات وقابل للذوبان بدرجة عالية في الماء
ب). قابلة للانصهار ومتقلبة
الخامس). صلبة وموصلة للكهرباء
ز). موصلة حراريا والبلاستيك

2) مفهوم "الجزيء" غير قابل للتطبيقفيما يتعلق بالوحدة الهيكلية للمادة:

أ). ماء

ب). الأكسجين

الخامس). الماس

ز). الأوزون

3) تتميز الشبكة البلورية الذرية بما يلي:

أ). الألومنيوم والجرافيت

ب). الكبريت واليود

الخامس). أكسيد السيليكون وكلوريد الصوديوم

ز). الماس والبورون

4) إذا كانت المادة شديدة الذوبان في الماء، ولها نقطة انصهار عالية، وموصلة للكهرباء، فإن شبكتها البلورية هي:

أ). جزيئي

ب). الذري

الخامس). أيوني

ز). معدن

الماء مادة مألوفة وغير عادية. ما يقرب من 3/4 من سطح كوكبنا تحتلها المحيطات والبحار. يغطي الماء العسر - الثلج والجليد - 20% من الأرض. مناخ الكوكب يعتمد على الماء. يقول الجيوفيزيائيون ذلك لولا الماء لكانت الأرض قد بردت منذ زمن طويل وتحولت إلى قطعة حجر هامدة.لديها قدرة حرارية عالية جدا. عند تسخينه، يمتص الحرارة؛ يبرد، يعطيه بعيدا. تمتص مياه الأرض الكثير من الحرارة وتعيدها وبالتالي تعمل على "تسوية" المناخ. وما يحمي الأرض من البرد الكوني هي جزيئات الماء المنتشرة في الغلاف الجوي - على شكل سحب وعلى شكل بخار.

الماء هو المادة الأكثر غموضا في الطبيعة بعد الحمض النووي،تمتلك خصائص فريدة لم يتم شرحها بالكامل بعد فحسب، بل ليست معروفة على الإطلاق. كلما طالت فترة دراستها، تم العثور على المزيد من الشذوذات والألغاز الجديدة فيها. يتم تفسير معظم هذه الحالات الشاذة التي تجعل الحياة ممكنة على الأرض من خلال وجود روابط هيدروجينية بين جزيئات الماء، وهي أقوى بكثير من قوى فان دير فالس للتجاذب بين جزيئات المواد الأخرى، ولكنها أضعف من حيث الحجم من القوى الأيونية والتساهمية. الروابط بين الذرات في الجزيئات. نفس الروابط الهيدروجينية موجودة أيضًا في جزيء DNA.

يتكون جزيء الماء (H216O) من ذرتي هيدروجين (H) وذرة أكسجين واحدة (16O). اتضح أن المجموعة الكاملة لخصائص الماء تقريبًا وعدم غرابة مظاهرها يتم تحديدها، في نهاية المطاف، من خلال الطبيعة الفيزيائية لهذه الذرات، وطريقة دمجها في جزيء وتجميع الجزيئات الناتجة.

أرز. هيكل جزيء الماء . رسم تخطيطي هندسي (أ) ونموذج مسطح (ب) وبنية إلكترونية مكانية (ج) لمونومر H2O. يشارك اثنان من الإلكترونات الأربعة الموجودة في الغلاف الخارجي لذرة الأكسجين في تكوين روابط تساهمية مع ذرات الهيدروجين، ويشكل الاثنان الآخران مدارات إلكترونية شديدة الاستطالة، يكون مستواها متعامدًا مع مستوى H-O-H.

يتكون جزيء الماء H 2 O على شكل مثلث: الزاوية بين رابطتي الأكسجين والهيدروجين هي 104 درجة. ولكن بما أن ذرتي الهيدروجين تقعان على نفس الجانب من الأكسجين، فإن الشحنات الكهربائية الموجودة فيه مشتتة. فجزيء الماء قطبي، وهذا هو سبب التفاعل المميز بين جزيئاته المختلفة. تتفاعل ذرات الهيدروجين الموجودة في جزيء H 2 O، ذات الشحنة الموجبة الجزئية، مع إلكترونات ذرات الأكسجين في الجزيئات المجاورة. تسمى هذه الرابطة الكيميائية رابطة الهيدروجين. إنه يوحد جزيئات H 2 O في روابط فريدة من نوعها للبنية المكانية. المستوى الذي توجد فيه روابط الهيدروجين يكون متعامدًا مع مستوى ذرات نفس جزيء H 2 O. يفسر التفاعل بين جزيئات الماء في المقام الأول درجات الحرارة المرتفعة بشكل غير طبيعي لانصهارها وغليانها. يجب توفير طاقة إضافية لتفكيك الروابط الهيدروجينية ثم تدميرها. وهذه الطاقة مهمة جدًا. هذا هو السبب في أن السعة الحرارية للماء عالية جدًا.

يحتوي جزيء الماء على رابطتين تساهميتين قطبيتين H–O. يتم تشكيلها بسبب تداخل سحابتين من إلكترون واحد من ذرة الأكسجين وسحابة من إلكترون واحد من ذرتين هيدروجين.

وفقا للتركيب الإلكتروني لذرات الهيدروجين والأكسجين، يحتوي جزيء الماء على أربعة أزواج من الإلكترونات. اثنان منهم يشاركان في تكوين روابط تساهمية مع ذرتي هيدروجين، أي. ملزمة. أما الزوجان الآخران من الإلكترونات فهما حران وغير مرتبطين. أنها تشكل سحابة إلكترونية. السحابة غير متجانسة - يمكن تمييز التركيزات والتخلخلات الفردية فيها.

يحتوي جزيء الماء على أربع شحنات قطبية: اثنتان موجبتان واثنتان سالبتان. تتركز الشحنات الموجبة على ذرات الهيدروجين، لأن الأكسجين أكثر سالبية كهربية من الهيدروجين. يأتي القطبان السالبان من زوجين من الإلكترونات غير المترابطة من الأكسجين.

يتم إنشاء كثافة الإلكترون الزائدة في قلب الأكسجين. يقوم زوج الإلكترون الداخلي من الأكسجين بتأطير النواة بشكل متساوٍ: من الناحية التخطيطية يتم تمثيله بدائرة مركزها النواة O 2. يتم تجميع الإلكترونات الخارجية الأربعة في زوجين من الإلكترونات التي تنجذب نحو النواة، ولكن لا يتم تعويضها جزئيًا. من الناحية التخطيطية، يتم عرض إجمالي مدارات الإلكترون لهذه الأزواج في شكل قطع ناقص ممدود من مركز مشترك - نواة O 2. يقترن كل من الإلكترونين المتبقيين في الأكسجين بإلكترون واحد في الهيدروجين. تنجذب هذه الأبخرة أيضًا نحو قلب الأكسجين. ولذلك، فإن نوى الهيدروجين - البروتونات - عارية إلى حد ما، ويلاحظ هنا نقص كثافة الإلكترون.

وبالتالي، يوجد في جزيء الماء أربعة أقطاب شحن:اثنان سلبيان (كثافة الإلكترون الزائدة في منطقة نواة الأكسجين) واثنان موجبان (نقص كثافة الإلكترون في نواتي الهيدروجين). ولمزيد من الوضوح، يمكننا أن نتخيل أن القطبين يشغلان رؤوس رباعي السطوح المشوه، الذي توجد في وسطه نواة الأكسجين.

أرز. هيكل جزيء الماء: أ - الزاوية بين روابط OH؛ ب - موقع أعمدة الشحن؛ ج- ظهور السحابة الإلكترونية لجزيء الماء.

يتمتع جزيء الماء الكروي تقريبًا بقطبية واضحة بشكل ملحوظ، نظرًا لأن الشحنات الكهربائية فيه تقع بشكل غير متماثل. كل جزيء ماء عبارة عن ثنائي قطب مصغر مع عزم ثنائي قطب مرتفع يبلغ 1.87 ديبي. ديباي هي وحدة خارج النظام من ثنائي القطب الكهربائي 3.33564·10 30 سم. تحت تأثير ثنائيات أقطاب الماء، تضعف القوى البينية أو الجزيئية الموجودة على سطح المادة المغمورة فيها بمقدار 80 مرة. بمعنى آخر، يحتوي الماء على ثابت عازل مرتفع، وهو الأعلى بين جميع المركبات المعروفة لدينا.

ويرجع ذلك إلى حد كبير إلى هذا، يتجلى الماء كمذيب عالمي. تخضع المواد الصلبة والسوائل والغازات لذوبانها بدرجة أو بأخرى.

السعة الحرارية النوعية للماء هي الأعلى بين جميع المواد. بالإضافة إلى ذلك، فهو أعلى مرتين من الجليد، في حين أن معظم المواد البسيطة (على سبيل المثال، المعادن) لا تتغير السعة الحرارية عمليا أثناء عملية الذوبان، وبالنسبة للمواد المصنوعة من جزيئات متعددة الذرات، كقاعدة عامة، تنخفض أثناء الذوبان.

مثل هذا الفهم لبنية الجزيء يجعل من الممكن شرح العديد من خصائص الماء، وخاصة بنية الجليد. في الشبكة البلورية الجليدية، كل جزيء محاط بأربعة جزيئات أخرى. وفي الصورة المستوية يمكن تمثيل ذلك على النحو التالي:

يتم الاتصال بين الجزيئات من خلال ذرة الهيدروجين. تنجذب ذرة الهيدروجين الموجبة الشحنة لجزيء ماء إلى ذرة الأكسجين سالبة الشحنة لجزيء ماء آخر. تسمى هذه الرابطة رابطة الهيدروجين (يتم تحديدها بالنقاط). قوة الرابطة الهيدروجينية أضعف بحوالي 15-20 مرة من الرابطة التساهمية. ولذلك، يتم كسر الرابطة الهيدروجينية بسهولة، وهو ما لوحظ، على سبيل المثال، أثناء تبخر الماء.

أرز. على اليسار - الروابط الهيدروجينية بين جزيئات الماء

هيكل الماء السائل يشبه هيكل الجليد. وفي الماء السائل، ترتبط الجزيئات أيضًا ببعضها البعض من خلال روابط هيدروجينية، لكن بنية الماء أقل "صلابة" من بنية الجليد. بسبب الحركة الحرارية للجزيئات في الماء، تنكسر بعض الروابط الهيدروجينية وتتشكل روابط أخرى.

أرز. شعرية كريستال من الجليد. توجد جزيئات الماء H 2 O (الكرات السوداء) في عقدها بحيث يكون لكل منها أربعة "جيران".

إن قطبية جزيئات الماء ووجود شحنات كهربائية غير معوضة جزئيًا فيها تؤدي إلى الميل إلى تجميع الجزيئات في "مجتمعات" كبيرة - شركاء. اتضح أن الماء فقط في حالة البخار يتوافق تمامًا مع الصيغة H2O. وقد ظهر ذلك من خلال نتائج تحديد الكتلة الجزيئية لبخار الماء. في نطاق درجة الحرارة من 0 إلى 100 درجة مئوية، لا يتجاوز تركيز الجزيئات الفردية (الجزيئات الأحادية) من الماء السائل 1٪. يتم دمج جميع جزيئات الماء الأخرى في جزيئات زميلة بدرجات متفاوتة من التعقيد، ويتم وصف تركيبها بالصيغة العامة (H 2 O) x.

السبب المباشر لتكوين الروابط هو الروابط الهيدروجينية بين جزيئات الماء. وهي تنشأ بين نوى الهيدروجين في بعض الجزيئات و"التكثفات" الإلكترونية لنواة الأكسجين في جزيئات الماء الأخرى. صحيح أن هذه الروابط أضعف بعشرات المرات من الروابط الكيميائية داخل الجزيئات "القياسية"، والحركات الجزيئية العادية تكفي لتدميرها. ولكن تحت تأثير الاهتزازات الحرارية، تنشأ اتصالات جديدة من هذا النوع بنفس السهولة. يمكن التعبير عن ظهور الشركات الزميلة واضمحلالها من خلال الرسم البياني التالي:

x·H 2 O↔ (H 2 O) x

نظرًا لأن مدارات الإلكترون في كل جزيء ماء تشكل بنية رباعية السطوح، فيمكن للروابط الهيدروجينية ترتيب ترتيب جزيئات الماء في روابط منسقة رباعية السطوح.

ويفسر معظم الباحثين السعة الحرارية العالية بشكل غير عادي للماء السائل بحقيقة أنه عندما يذوب الجليد، فإن بنيته البلورية لا تنهار على الفور. في الماء السائل، يتم الحفاظ على الروابط الهيدروجينية بين الجزيئات. وما يبقى فيه عبارة عن شظايا من الجليد - وهي عبارة عن جزيئات مرتبطة بعدد كبير أو أصغر من جزيئات الماء. ومع ذلك، على عكس الجليد، فإن كل شريك لا يتواجد لفترة طويلة. يحدث باستمرار تدمير البعض وتكوين شركاء آخرين. عند كل درجة حرارة في الماء، يتم إنشاء توازن ديناميكي خاص بها في هذه العملية. وعندما يتم تسخين الماء، يتم إنفاق جزء من الحرارة على كسر الروابط الهيدروجينية في الزميلة. في هذه الحالة، يتم إنفاق 0.26-0.5 فولت على كسر كل رابطة. وهذا ما يفسر القدرة الحرارية العالية للماء بشكل غير طبيعي مقارنة بذوبان المواد الأخرى التي لا تشكل روابط هيدروجينية. عند تسخين هذه المنصهرات، يتم إنفاق الطاقة فقط على نقل الحركات الحرارية إلى ذراتها أو جزيئاتها. لا تنكسر الروابط الهيدروجينية بين جزيئات الماء تمامًا إلا عندما يتحول الماء إلى بخار. تتم الإشارة إلى صحة وجهة النظر هذه أيضًا من خلال حقيقة أن السعة الحرارية النوعية لبخار الماء عند 100 درجة مئوية تتطابق عمليا مع السعة الحرارية النوعية للجليد عند 0 درجة مئوية.

الصورة أدناه:

العنصر الهيكلي الأساسي للشريك هو الكتلة: أرز. مجموعة مياه افتراضية منفصلة. تشكل المجموعات الفردية شركاء لجزيئات الماء (H 2 O) x: أرز. مجموعات من جزيئات الماء تشكل شركاء.

هناك وجهة نظر أخرى حول طبيعة السعة الحرارية العالية للمياه بشكل غير طبيعي. وأشار البروفيسور جي إن زاتسيبينا إلى أن السعة الحرارية المولية للماء، والتي تبلغ 18 كالوري/(مولجراد)، تساوي تمامًا السعة الحرارية المولية النظرية للمادة الصلبة ذات البلورات الثلاثية. ووفقًا لقانون دولونج وبيتي، فإن السعات الحرارية الذرية لجميع الأجسام البلورية البسيطة كيميائيًا (أحادية الذرة) عند درجة حرارة عالية بدرجة كافية هي نفسها وتساوي 6 كالدمول أو درجة). وبالنسبة للثلاثيات التي يحتوي جرامولها على 3 ن من مواقع الشبكة البلورية فهي 3 مرات أكثر. (هنا N a هو رقم أفوجادرو).

ويترتب على ذلك أن الماء عبارة عن جسم بلوري يتكون من جزيئات ثلاثية H 2 0 وهذا يتوافق مع الفكرة الشائعة عن الماء كخليط من الروابط الشبيهة بالبلورات مع خليط صغير من جزيئات الماء H 2 O الحرة بينهما، والتي يزيد عددها مع زيادة درجة الحرارة. ومن وجهة النظر هذه، فإن ما يثير الدهشة ليس السعة الحرارية العالية للماء السائل، بل السعة الحرارية المنخفضة للجليد الصلب. ويفسر الانخفاض في السعة الحرارية النوعية للماء أثناء التجميد بغياب الاهتزازات الحرارية المستعرضة للذرات في الشبكة البلورية الصلبة للجليد، حيث يتمتع كل بروتون يسبب رابطة هيدروجينية بدرجة واحدة فقط من حرية الاهتزازات الحرارية بدلاً من ثلاث .

ولكن لماذا وكيف يمكن أن تحدث مثل هذه التغييرات الكبيرة في السعة الحرارية للمياه دون تغيرات مقابلة في الضغط؟ للإجابة على هذا السؤال، دعونا نلتقي مع فرضية مرشح العلوم الجيولوجية والمعدنية يو أ.كولياسنيكوف حول بنية الماء.

ويشير إلى أن مكتشفي الروابط الهيدروجينية، ج. بيرنال و ر. فاولر، قارنوا في عام 1932 بنية الماء السائل مع البنية البلورية للكوارتز، وتلك الروابط المذكورة أعلاه هي بشكل أساسي رباعيات 4H 2 0، حيث يوجد أربعة ترتبط جزيئات الماء في شكل رباعي الأسطح مدمج مع اثنتي عشرة رابطة هيدروجينية داخلية. ونتيجة لذلك، يتم تشكيل رباعي الاسطح.

في الوقت نفسه، يمكن لروابط الهيدروجين في هذه الرباعيات أن تشكل تسلسلات يمينية ويسارية، تمامًا كما تأتي بلورات الكوارتز واسعة الانتشار (Si0 2)، والتي لها أيضًا بنية رباعية السطوح، في بلورات دوارة يمينية ويسارية نماذج. نظرًا لأن كل رباعيات مائية تحتوي أيضًا على أربع روابط هيدروجينية خارجية غير مستخدمة (مثل جزيء ماء واحد)، يمكن ربط رباعيات المياه بواسطة هذه الروابط الخارجية في نوع من سلاسل البوليمر، مثل جزيء الحمض النووي. وبما أن هناك أربعة روابط خارجية فقط، وثلاثة أضعاف الروابط الداخلية، فإن هذا يسمح للرباعيات الثقيلة والقوية في الماء السائل بثني وتدوير وحتى كسر روابط الهيدروجين الخارجية هذه التي أضعفتها الاهتزازات الحرارية. هذا يحدد سيولة الماء.

الماء، وفقا لكولياسنيكوف، لديه هذا الهيكل فقط في الحالة السائلة، وربما جزئيا في حالة البخار. لكن في الجليد، الذي تمت دراسة تركيبه البلوري جيدًا، ترتبط رباعيات الهيدرولات ببعضها البعض بواسطة روابط هيدروجينية مباشرة غير مرنة وقوية بنفس القدر في إطار مخرم به فراغات كبيرة، مما يجعل كثافة الجليد أقل من كثافة الماء .

أرز. التركيب البلوري للجليد: ترتبط جزيئات الماء بشكل سداسي منتظم

عندما يذوب الجليد، تضعف بعض الروابط الهيدروجينية الموجودة فيه وتنحني، مما يؤدي إلى إعادة هيكلة الهيكل إلى رباعيات الموصوفة أعلاه ويجعل الماء السائل أكثر كثافة من الجليد. عند 4 درجات مئوية، تحدث حالة عندما تنحني جميع الروابط الهيدروجينية بين رباعيات إلى الحد الأقصى، مما يحدد الكثافة القصوى للماء عند درجة الحرارة هذه. لا يوجد مكان يمكن أن تذهب إليه الاتصالات أبعد من ذلك.

عند درجات حرارة أعلى من 4 درجات مئوية، تبدأ الروابط الفردية بين الرباعيات في الانهيار، وعند 36-37 درجة مئوية، تنكسر نصف الروابط الهيدروجينية الخارجية. يحدد هذا الحد الأدنى على منحنى السعة الحرارية النوعية للماء مقابل درجة الحرارة. عند درجة حرارة 70 درجة مئوية، تنكسر جميع الروابط بين رباعيات العناصر تقريبًا، ومعها رباعيات حرة، لا يبقى في الماء سوى أجزاء قصيرة من سلاسل "البوليمر" منها. أخيرًا، عندما يغلي الماء، يحدث التمزق النهائي للرباعيات المفردة الآن إلى جزيئات H 2 0. وحقيقة أن الحرارة النوعية لتبخر الماء أكبر بثلاث مرات بالضبط من مجموع الحرارة النوعية لذوبان الجليد والتسخين اللاحق الماء إلى 100 درجة مئوية يؤكد افتراض كولياسنيكوف. أن عدد الروابط الداخلية في الرباعيات أكبر بثلاث مرات من عدد الروابط الخارجية.

قد يكون هذا الهيكل الحلزوني رباعي السطوح للمياه بسبب ارتباطه الريولوجي القديم بالكوارتز ومعادن السيليكون والأكسجين الأخرى التي تسود في القشرة الأرضية، والتي ظهر الماء من أعماقها ذات يوم على الأرض. مثلما تتسبب بلورة صغيرة من الملح في تبلور المحلول المحيط بها إلى بلورات مماثلة، وليس إلى بلورات أخرى، فإن الكوارتز يتسبب في اصطفاف جزيئات الماء في هياكل رباعية السطوح، وهي الأكثر ملاءمة للطاقة. وفي عصرنا، في الغلاف الجوي للأرض، يشكل بخار الماء، الذي يتكثف إلى قطرات، مثل هذا الهيكل لأن الغلاف الجوي يحتوي دائمًا على قطرات صغيرة من ماء الهباء الجوي لها هذا الهيكل بالفعل. وهي مراكز تكثيف بخار الماء في الغلاف الجوي. فيما يلي هياكل سيليكات متسلسلة محتملة تعتمد على رباعي الأسطح، والتي يمكن أن تتكون أيضًا من رباعيات الأسطح المائية.

أرز. الابتدائي العادي رباعي الأسطح السيليكون والأكسجين SiO 4 4-.

أرز. وحدات السيليكون والأكسجين الأولية - مجموعات متعامدة SiO 4 4 - في بنية Mg-pyroxene enstatite (a) ومجموعات diortho Si 2 O 7 6 - في ولاستونيت Ca-pyroxenoid (b).

أرز. أبسط أنواع مجموعات أنيونية السيليكون والأكسجين الجزيرة: a-SiO 4، b-Si 2 O 7، c-Si 3 O 9، d-Si 4 O 12، d-Si 6 O 18.

أرز. أدناه - أهم أنواع المجموعات الأيونية لسلسلة السيليكون والأكسجين (حسب بيلوف): أ-ميتاجرمانات، ب-بيروكسين،ج-باثيسيت،د-ولاستونيت،د-فلاسوفايت،إي-ميليليت،ف-رودونيت،زد-بيروكسمانجيت ، ميتافوسفات، ك - فلوروبيريلات، ل - باريليت.

أرز. أدناه - تكثيف أنيونات البيروكسين والسيليكون والأكسجين في أمفيبول ثنائي الصف على شكل قرص العسل (أ)، وشبيه بالأمفيبول ثلاثي الصف (ب)، وطبقات التلك والأنيونات ذات الصلة (ج).

أرز. أدناه - أهم أنواع مجموعات السيليكون والأكسجين النطاقية (حسب بيلوف): أ - السيليمانيت، الأمفيبول، الزونولايت؛ ب- التهاب البربخ. β-أورثوكلاز. ز-نارسارسوكيت؛ د-فيناسيت المنشورية. إيوكلاز مطعمة.

أرز. على اليمين - جزء (حزمة أولية) من البنية البلورية ذات الطبقات من المسكوفيت KAl 2 (AlSi 3 O 10 XOH) 2، يوضح الطبقات البينية لشبكات الألومنيوم والسيليكون والأكسجين مع طبقات متعددة السطوح من كاتيونات الألومنيوم والبوتاسيوم الكبيرة، تذكرنا بـ سلسلة الحمض النووي.

نماذج أخرى من هيكل المياه ممكنة أيضا. تشكل جزيئات الماء المرتبطة رباعي السطوح سلاسل غريبة ذات تركيب مستقر إلى حد ما. ويكشف الباحثون عن آليات دقيقة ومعقدة على نحو متزايد "للتنظيم الداخلي" للكتلة المائية. بالإضافة إلى البنية الشبيهة بالجليد والماء السائل وجزيئات المونومر، تم أيضًا وصف العنصر الثالث في البنية - وهو غير رباعي السطوح.

يرتبط جزء معين من جزيئات الماء ليس في أطر ثلاثية الأبعاد، ولكن في ارتباطات حلقة خطية. الحلقات، عندما يتم تجميعها، تشكل مجمعات أكثر تعقيدًا من الزملاء.

وبالتالي، يمكن للمياه نظريًا أن تشكل سلاسل، مثل جزيء الحمض النووي، كما سيتم مناقشته أدناه. شيء آخر مثير للاهتمام حول هذه الفرضية هو أنها تشير إلى الاحتمال المتساوي لوجود الماء الأيمن والأيسر. لكن علماء الأحياء لاحظوا منذ فترة طويلة أنه في الأنسجة والهياكل البيولوجية يتم ملاحظة تكوينات اليد اليسرى أو اليمنى فقط. مثال على ذلك هو جزيئات البروتين، المبنية فقط من الأحماض الأمينية اليسرى والملتوية فقط في دوامة أعسر. لكن السكريات في الطبيعة كلها أيمن. لم يتمكن أحد حتى الآن من تفسير سبب وجود مثل هذا التفضيل في الطبيعة الحية لليسار في بعض الحالات ولليمين في حالات أخرى. في الواقع، في الطبيعة غير الحية، تم العثور على كل من الجزيئات اليمنى واليسرى باحتمالية متساوية.

منذ أكثر من مائة عام، اكتشف عالم الطبيعة الفرنسي الشهير لويس باستور أن المركبات العضوية في النباتات والحيوانات غير متناظرة بصريا - فهي تدور مستوى استقطاب الضوء الساقط عليها. جميع الأحماض الأمينية التي تتكون منها الحيوانات والنباتات تدور في مستوى الاستقطاب إلى اليسار، وجميع السكريات تدور إلى اليمين. إذا قمنا بتصنيع مركبات لها نفس التركيب الكيميائي، فإن كل واحد منها سيحتوي على عدد متساو من الجزيئات اليسرى واليمنى.

كما تعلم، تتكون جميع الكائنات الحية من البروتينات، وهي بدورها مصنوعة من الأحماض الأمينية. من خلال الاتحاد مع بعضها البعض في مجموعة متنوعة من التسلسلات، تشكل الأحماض الأمينية سلاسل ببتيدية طويلة "تلتوي" تلقائيًا إلى جزيئات بروتينية معقدة. مثل العديد من المركبات العضوية الأخرى، تحتوي الأحماض الأمينية على تناظر كيرالي (من الكلمة اليونانية تشيروس - اليد)، أي أنها يمكن أن توجد في شكلين متماثلين مرآة يسمى "المتصاوغات الضوئية". تشبه هذه الجزيئات بعضها البعض، مثل اليد اليسرى واليمنى، لذلك يطلق عليها جزيئات D و L (من اللاتينية dexter، laevus - اليمين واليسار).

الآن دعونا نتخيل أن الوسط الذي يحتوي على جزيئات يسارية ويمينية قد انتقل إلى حالة تحتوي على جزيئات يسارية أو يمينية فقط. يسمي الخبراء مثل هذه البيئة بشكل مراوغ (من الكلمة اليونانية "cheira" - اليد) مرتبة. لا يمكن أن ينشأ التكاثر الذاتي للكائنات الحية (التكوين الحيوي - كما حدده د. برنال) ويستمر إلا في مثل هذه البيئة.

أرز. التماثل المرآة في الطبيعة

اسم آخر لجزيئات enantiomer - "dextrorotatory" و "levorotatory" - يأتي من قدرتها على تدوير مستوى استقطاب الضوء في اتجاهات مختلفة. إذا تم تمرير الضوء المستقطب خطيًا عبر محلول من هذه الجزيئات، فإن مستوى استقطابه يدور: في اتجاه عقارب الساعة إذا كانت الجزيئات الموجودة في المحلول أعسر، وعكس اتجاه عقارب الساعة إذا كانت الجزيئات الموجودة في المحلول أعسر. وفي خليط من كميات متساوية من الشكلين D وL (يُسمى "راسيمات")، سيحتفظ الضوء باستقطابه الخطي الأصلي. تم اكتشاف هذه الخاصية البصرية للجزيئات اللولبية لأول مرة بواسطة لويس باستور في عام 1848.

من الغريب أن جميع البروتينات الطبيعية تقريبًا تتكون فقط من أحماض أمينية أعسر. هذه الحقيقة هي الأكثر إثارة للدهشة لأن تخليق الأحماض الأمينية في ظروف المختبر ينتج تقريبًا نفس العدد من الجزيئات اليمنى واليسرى. اتضح أن هذه الميزة ليست فقط الأحماض الأمينية، ولكن أيضًا العديد من المواد الأخرى المهمة للأنظمة الحية، ولكل منها علامة محددة بدقة على تناظر المرآة في جميع أنحاء المحيط الحيوي. على سبيل المثال، السكريات التي تشكل جزءًا من العديد من النيوكليوتيدات، وكذلك الأحماض النووية DNA وRNA، يتم تمثيلها في الجسم حصريًا بواسطة جزيئات D اليمنى. على الرغم من أن الخصائص الفيزيائية والكيميائية لـ "أضداد المرآة" هي نفسها، إلا أن نشاطها الفسيولوجي في الكائنات الحية مختلف: لا يتم امتصاص L-caxara، وL-phenylalanine، على عكس جزيئات D غير الضارة، يسبب المرض العقلي، وما إلى ذلك.

وفقًا للأفكار الحديثة حول أصل الحياة على الأرض، كان اختيار نوع معين من تناظر المرآة بواسطة الجزيئات العضوية بمثابة الشرط الأساسي لبقائها والتكاثر الذاتي اللاحق. ومع ذلك، فإن مسألة كيف ولماذا حدث الاختيار التطوري لواحد أو آخر من الأجسام المضادة المرآة لا تزال واحدة من أكبر ألغاز العلم.

أثبت العالم السوفييتي إل إل موروزوف أن الانتقال إلى النظام اللولبي لا يمكن أن يحدث بشكل تطوري، ولكن فقط مع بعض التغيرات الحادة المحددة في الطور. الأكاديمي V. I. وصف جولدانسكي هذا التحول، الذي بفضله نشأت الحياة على الأرض، بالكارثة اللولبية.

كيف نشأت الظروف لكارثة المرحلة التي تسببت في التحول اللولبي؟

والأهم من ذلك أن المركبات العضوية ذابت في القشرة الأرضية عند درجة حرارة 800-1000 درجة مئوية، وتبردت الطبقات العليا إلى درجة حرارة الفضاء، أي الصفر المطلق. وصل الفرق في درجات الحرارة إلى 1000 درجة مئوية. وفي مثل هذه الظروف، ذابت الجزيئات العضوية تحت تأثير درجة الحرارة المرتفعة بل وتدمرت بالكامل، وظل الجزء العلوي باردا حيث تجمدت الجزيئات العضوية. أدت الغازات وبخار الماء المتسرب من القشرة الأرضية إلى تغيير التركيب الكيميائي للمركبات العضوية. وتحمل الغازات الحرارة معها، مما يتسبب في تحرك نقطة انصهار الطبقة العضوية لأعلى ولأسفل، مما يؤدي إلى تكوين تدرج.

عند الضغوط الجوية المنخفضة للغاية، كان الماء على سطح الأرض فقط في شكل بخار وجليد. وعندما وصل الضغط إلى ما يسمى بالنقطة الثلاثية للماء (0.006 ضغط جوي)، تمكن الماء من الوجود على شكل سائل لأول مرة.

وبطبيعة الحال، فقط تجريبيا يمكن للمرء أن يثبت السبب الدقيق للانتقال التناظري: أسباب أرضية أو كونية. ولكن بطريقة أو بأخرى، في مرحلة ما، تبين أن الجزيئات ذات الترتيب اللولبي (أي الأحماض الأمينية اليسارية والسكريات الدورانية) أكثر استقرارًا وبدأت زيادة لا يمكن إيقافها في عددها - التحول اللولبي.

يخبرنا تاريخ الكوكب أيضًا أنه في ذلك الوقت لم تكن هناك جبال أو منخفضات على الأرض. قدمت القشرة الجرانيتية شبه المنصهرة سطحًا أملسًا مثل مستوى المحيط الحديث. ومع ذلك، لا تزال هناك منخفضات داخل هذا السهل بسبب التوزيع غير المتكافئ للكتل داخل الأرض. لعبت هذه التخفيضات دورا هاما للغاية.

والحقيقة هي أن المنخفضات ذات القاع المسطح التي يبلغ عرضها مئات وحتى آلاف الكيلومترات ولا يزيد عمقها عن مائة متر أصبحت على الأرجح مهد الحياة. بعد كل شيء، تدفقت المياه التي تم جمعها على سطح الكوكب إليهم. قام الماء بتخفيف المركبات العضوية اللولبية في طبقة الرماد. تغير التركيب الكيميائي للمركب تدريجياً، واستقرت درجة الحرارة. استمر الانتقال من الحياة إلى الحياة، والذي بدأ في ظروف لا مائية، في بيئة مائية.

هل هذه هي مؤامرة أصل الحياة؟ على الأرجح نعم. في القسم الجيولوجي لإيسوا (غرب جرينلاند)، الذي يبلغ عمره 3.8 مليار سنة، تم العثور على مركبات شبيهة بالبنزين والنفط مع نسبة نظائر C12/C13 المميزة للكربون من أصل التمثيل الضوئي.

إذا تم التأكد من الطبيعة البيولوجية لمركبات الكربون من قسم إيسوا، فإنه يتبين أن كامل فترة نشأة الحياة على الأرض - من ظهور المادة العضوية اللولبية إلى ظهور خلية قادرة على التمثيل الضوئي والتكاثر - كانت اكتملت في مائة مليون سنة فقط. ولعبت جزيئات الماء والحمض النووي دورًا كبيرًا في هذه العملية.

إن الشيء الأكثر إثارة للدهشة في بنية الماء هو أن جزيئات الماء عند درجات حرارة منخفضة وضغوط عالية داخل الأنابيب النانوية يمكن أن تتبلور إلى شكل حلزوني مزدوج، يذكرنا بالحمض النووي. وقد ثبت ذلك من خلال تجارب الكمبيوتر التي أجراها علماء أمريكيون بقيادة شياو تشينغ تسنغ في جامعة نبراسكا (الولايات المتحدة الأمريكية).

الحمض النووي عبارة عن خيط مزدوج ملتوي في شكل حلزوني.يتكون كل خيط من "الطوب" - النيوكليوتيدات المتصلة على التوالي. يحتوي كل نيوكليوتيد من الحمض النووي على واحدة من أربع قواعد نيتروجينية - الجوانين (G)، والأدينين (A) (البيورينات)، والثايمين (T)، والسيتوزين (C) (البيريميدين)، المرتبطة بالديوكسي ريبوز، والأخير بدوره فوسفات. المجموعة مرفقة . ترتبط النيوكليوتيدات المتجاورة ببعضها البعض في سلسلة بواسطة رابطة فوسفوديستر مكونة من 3"-هيدروكسيل (3"-OH) و5"-مجموعات فوسفات (5"-PO3). تحدد هذه الخاصية وجود القطبية في الحمض النووي، أي. اتجاهان متعاكسان، أي طرفي 5 بوصة و3 بوصة: نهاية 5 بوصة لخيط واحد تتوافق مع نهاية 3 بوصة للخيط الثاني. يتيح لك تسلسل النيوكليوتيدات "تشفير" المعلومات حول أنواع مختلفة من الحمض النووي الريبي (RNA)، وأهمها الرسول أو القالب (mRNA)، والريبوسوم (rRNA)، والنقل (tRNA). يتم تصنيع كل هذه الأنواع من الحمض النووي الريبي (RNA) في قالب DNA عن طريق نسخ تسلسل الحمض النووي (DNA) إلى تسلسل الحمض النووي الريبي (RNA) الذي تم تصنيعه أثناء النسخ والمشاركة في أهم عملية في الحياة - نقل ونسخ المعلومات (الترجمة).

البنية الأساسية للحمض النووي هي التسلسل الخطي لنيوكليوتيدات الحمض النووي في السلسلة. تتم كتابة تسلسل النيوكليوتيدات في سلسلة DNA على شكل صيغة DNA حرفية: على سبيل المثال - AGTCATGCCAG، يتم الإدخال من النهاية 5 إلى النهاية 3 لسلسلة DNA.

يتكون الهيكل الثانوي للحمض النووي نتيجة لتفاعلات النيوكليوتيدات (معظمها قواعد نيتروجينية) مع بعضها البعض، والروابط الهيدروجينية. المثال الكلاسيكي للبنية الثانوية للحمض النووي هو الحلزون المزدوج للحمض النووي. الحلزون المزدوج للحمض النووي هو الشكل الأكثر شيوعًا للحمض النووي في الطبيعة، ويتكون من سلسلتين متعدد النوكليوتيدات من الحمض النووي. ويتم بناء كل سلسلة DNA جديدة وفق مبدأ التكامل، أي. تتوافق كل قاعدة نيتروجينية لسلسلة DNA واحدة مع قاعدة محددة بدقة لسلسلة أخرى: في الزوج المكمل، يكون المقابل A هو T، والعكس G هو C، وما إلى ذلك.

ولكي يشكل الماء شكلاً حلزونيًا، مثل هذا، تم "وضعه" في تجربة محاكاة في أنابيب نانوية تحت ضغط عالٍ، يتفاوت في تجارب مختلفة من 10 إلى 40 ألف ضغط جوي. بعد ذلك، تم ضبط درجة الحرارة على -23 درجة مئوية. تم تحقيق الهامش مقارنة بنقطة تجمد الماء بسبب حقيقة أنه مع زيادة الضغط تنخفض نقطة انصهار جليد الماء. وتراوح قطر الأنابيب النانوية من 1.35 إلى 1.90 نانومتر.

أرز. منظر عام لتركيب الماء (الصورة من مجلة نيو ساينتست)

ترتبط جزيئات الماء ببعضها البعض من خلال روابط هيدروجينية، فالمسافة بين ذرات الأكسجين والهيدروجين 96 م، وبين ذرتي الهيدروجين - 150 م. وفي الحالة الصلبة تشارك ذرة الأكسجين في تكوين رابطتين هيدروجينيتين مع جزيئات الماء المجاورة. في هذه الحالة، تتلامس جزيئات H 2 O الفردية مع بعضها البعض بأقطاب متقابلة. وهكذا تتشكل طبقات يرتبط فيها كل جزيء بثلاثة جزيئات من طبقته وواحد من الطبقة المجاورة. ونتيجة لذلك، فإن البنية البلورية للجليد تتكون من "أنابيب" سداسية مترابطة مثل قرص العسل.

أرز. الجدار الداخلي لهيكل مائي (صورة نيوساينتست)

وتوقع العلماء أن يروا أن الماء في جميع الأحوال يشكل بنية أنبوبية رقيقة. ومع ذلك، أظهر النموذج أنه عند قطر أنبوب يبلغ 1.35 نانومتر وضغط 40000 ضغط جوي، تنحني الروابط الهيدروجينية، مما يؤدي إلى تكوين حلزون مزدوج الجدار. الجدار الداخلي لهذا الهيكل هو حلزون رباعي، والجدار الخارجي يتكون من أربعة حلزونات مزدوجة، تشبه بنية جزيء الحمض النووي.

الحقيقة الأخيرة لا تترك بصمة على تطور أفكارنا حول الماء فحسب، بل أيضًا على تطور الحياة المبكرة وجزيء الحمض النووي نفسه. إذا افترضنا أنه في عصر نشأة الحياة، كانت صخور الكريوليت الطينية على شكل أنابيب نانوية، فإن السؤال الذي يطرح نفسه: هل يمكن أن يكون الماء الممتص فيها بمثابة أساس هيكلي (مصفوفة) لتخليق الحمض النووي وقراءة المعلومات؟ ولعل هذا هو السبب في أن البنية الحلزونية للحمض النووي تكرر البنية الحلزونية للماء في الأنابيب النانوية. وكما ذكرت مجلة New Scientist، سيتعين على زملائنا الأجانب الآن تأكيد وجود مثل هذه الجزيئات المائية الكبيرة في ظل ظروف تجريبية حقيقية باستخدام التحليل الطيفي للأشعة تحت الحمراء والتحليل الطيفي لتشتت النيوترونات.

دكتوراه. أو.ف. موسين

جليد- المعدنية مع الكيميائية الصيغة H2O تمثل الماء في الحالة البلورية.
التركيب الكيميائي للثلج: H - 11.2%، O - 88.8%. في بعض الأحيان يحتوي على شوائب ميكانيكية غازية وصلبة.
في الطبيعة، يتم تمثيل الجليد بشكل رئيسي من خلال واحدة من عدة تعديلات بلورية، مستقرة في نطاق درجة الحرارة من 0 إلى 80 درجة مئوية، مع نقطة انصهار تبلغ 0 درجة مئوية. هناك 10 تعديلات بلورية معروفة للجليد والجليد غير المتبلور. الأكثر دراسة هو الجليد من التعديل الأول - التعديل الوحيد الموجود في الطبيعة. يوجد الجليد في الطبيعة على شكل جليد نفسه (قاري، عائم، تحت الأرض، إلخ)، كما يوجد على شكل ثلج والصقيع وغيرها.

أنظر أيضا:

بناء

يشبه التركيب البلوري للجليد البنية: كل جزيء H 2 0 محاط بالجزيئات الأربعة الأقرب إليه، وتقع على مسافات متساوية منه، تساوي 2.76Α وتقع في رؤوس رباعي السطوح المنتظم. وبسبب انخفاض رقم التنسيق، يكون الهيكل الجليدي مخرمًا، مما يؤثر على كثافته (0.917). يحتوي الجليد على شبكة مكانية سداسية ويتكون من تجميد الماء عند درجة حرارة 0 درجة مئوية والضغط الجوي. تحتوي شبكة جميع التعديلات البلورية للجليد على هيكل رباعي السطوح. معلمات خلية وحدة الجليد (عند t 0 درجة مئوية): a = 0.45446 نانومتر، c = 0.73670 نانومتر (c ضعف المسافة بين الطائرات الرئيسية المجاورة). عندما تنخفض درجة الحرارة، فإنها تتغير قليلا جدا. ترتبط جزيئات H 2 0 الموجودة في شبكة الجليد ببعضها البعض بواسطة روابط هيدروجينية. تعد حركة ذرات الهيدروجين في الشبكة الجليدية أعلى بكثير من حركة ذرات الأكسجين، مما يؤدي إلى تغيير الجزيئات لجيرانها. في ظل وجود حركات اهتزازية ودورانية كبيرة للجزيئات في الشبكة الجليدية، تحدث قفزات انتقالية للجزيئات من موقع اتصالها المكاني، مما يؤدي إلى تعطيل المزيد من النظام وتشكيل الاضطرابات. وهذا ما يفسر ظهور خصائص ريولوجية محددة في الجليد، والتي تميز العلاقة بين التشوهات التي لا رجعة فيها (تدفق) الجليد والضغوط التي تسببت فيها (اللدونة، واللزوجة، وإجهاد الخضوع، والزحف، وما إلى ذلك). وبسبب هذه الظروف، تتدفق الأنهار الجليدية بشكل مشابه للسوائل شديدة اللزوجة، وبالتالي يشارك الجليد الطبيعي بشكل فعال في دورة المياه على الأرض. بلورات الجليد كبيرة الحجم نسبيًا (الحجم العرضي من أجزاء المليمتر إلى عدة عشرات من السنتيمترات). وهي تتميز بتباين معامل اللزوجة، الذي يمكن أن تختلف قيمته بعدة أوامر من حيث الحجم. البلورات قادرة على إعادة التوجيه تحت تأثير الأحمال، مما يؤثر على تحولها ومعدل تدفق الأنهار الجليدية.

ملكيات

الجليد عديم اللون. في مجموعات كبيرة يأخذ لونًا مزرقًا. تألق الزجاج. شفاف. ليس لديه الانقسام. صلابة 1.5. قابل للكسر. إيجابي بصريا، معامل الانكسار منخفض جدا (ن = 1.310، نانومتر = 1.309). هناك 14 تعديلًا معروفًا للجليد في الطبيعة. صحيح أن كل شيء باستثناء الجليد المألوف، الذي يتبلور في النظام السداسي والمسمى بالجليد I، يتشكل في ظروف غريبة - عند درجات حرارة منخفضة جدًا (حوالي -110150 درجة مئوية) وضغوط عالية، عندما تكون زوايا روابط الهيدروجين في الماء يتغير الجزيء وتتشكل أنظمة مختلفة عن السداسية. مثل هذه الظروف تشبه تلك الموجودة في الفضاء ولا تحدث على الأرض. على سبيل المثال، عند درجات حرارة أقل من -110 درجة مئوية، يترسب بخار الماء على صفيحة معدنية على شكل ثماني السطوح ومكعبات يبلغ حجمها عدة نانومترات - وهذا ما يسمى بالثلج المكعب. إذا كانت درجة الحرارة أعلى بقليل من -110 درجة مئوية وكان تركيز البخار منخفضًا جدًا، تتشكل طبقة من الجليد غير المتبلور الكثيف للغاية على اللوحة.

علم التشكل المورفولوجيا

الجليد معدن شائع جدًا في الطبيعة. هناك عدة أنواع من الجليد في القشرة الأرضية: الأنهار، والبحيرات، والبحر، والأرض، والتنوب، والأنهار الجليدية. في كثير من الأحيان تشكل مجموعات مجمعة من الحبوب البلورية الدقيقة. ومن المعروف أيضًا أن التكوينات الجليدية البلورية تنشأ عن طريق التسامي، أي مباشرة من حالة البخار. في هذه الحالات، يظهر الجليد على شكل بلورات هيكلية (رقاقات ثلج) ومجموعات من النمو الهيكلي والشجيري (جليد الكهوف، والصقيع، والصقيع، والأنماط على الزجاج). تم العثور على بلورات كبيرة مقطوعة جيدًا، ولكن نادرًا جدًا. وصف N. N. Stulov بلورات الجليد في الجزء الشمالي الشرقي من روسيا، والتي تم العثور عليها على عمق 55-60 مترًا من السطح، ولها مظهر متساوي القياس وعمودي، وكان طول أكبر بلورة 60 سم، وقطر قاعدتها 60 سم. 15 سم من الأشكال البسيطة على بلورات الجليد، تم تحديد وجوه المنشور السداسي (1120) والهرم الثنائي السداسي (1121) والبيناكويد (0001) فقط.
الهوابط الجليدية، التي تسمى بالعامية "رقاقات الثلج"، مألوفة لدى الجميع. مع وجود اختلافات في درجات الحرارة تبلغ حوالي 0 درجة مئوية في فصلي الخريف والشتاء، فإنها تنمو في كل مكان على سطح الأرض مع التجميد البطيء (التبلور) للمياه المتدفقة والمتساقطة. كما أنها شائعة في الكهوف الجليدية.
ضفاف الجليد عبارة عن شرائح من الغطاء الجليدي مصنوعة من الجليد الذي يتبلور عند الحدود المائية والهواء على طول حواف الخزانات وحدود حواف البرك وضفاف الأنهار والبحيرات والبرك والخزانات وما إلى ذلك. مع عدم تجمد باقي المساحة المائية. عندما تنمو معًا بشكل كامل، يتم تشكيل غطاء جليدي مستمر على سطح الخزان.
ويشكل الجليد أيضًا تجمعات عمودية متوازية على شكل عروق ليفية في التربة المسامية، وأنثوليتات جليدية على سطحها.

أصل

يتشكل الجليد بشكل رئيسي في أحواض المياه عندما تنخفض درجة حرارة الهواء. وفي الوقت نفسه، تظهر عصيدة ثلجية مكونة من إبر ثلجية على سطح الماء. من الأسفل تنمو عليها بلورات ثلجية طويلة، تقع محاور تناظرها من الدرجة السادسة بشكل متعامد مع سطح القشرة. تظهر العلاقات بين بلورات الجليد في ظل ظروف التكوين المختلفة في الشكل 1. يكون الجليد شائعًا حيثما توجد رطوبة وحيثما تنخفض درجة الحرارة إلى أقل من 0 درجة مئوية. وفي بعض المناطق، يذوب الجليد الأرضي فقط إلى عمق ضحل، حيث تبدأ التربة الصقيعية تحته. هذه هي ما يسمى بالمناطق دائمة التجمد. وفي مناطق توزيع التربة الصقيعية في الطبقات العليا من القشرة الأرضية، يوجد ما يسمى بالجليد الجوفي، ومن بينها الجليد الجوفي الحديث والأحفوري. تغطي الأنهار الجليدية ما لا يقل عن 10% من إجمالي مساحة اليابسة على الأرض، وتسمى الصخور الجليدية المتجانسة التي تتكون منها الجليد الجليدي. يتشكل الجليد الجليدي في المقام الأول من تراكم الثلوج نتيجة ضغطها وتحولها. يغطي الغطاء الجليدي حوالي 75% من جرينلاند وكل القارة القطبية الجنوبية تقريبًا؛ يقع أكبر سمك للأنهار الجليدية (4330 م) بالقرب من محطة بيرد (أنتاركتيكا). وفي وسط جرينلاند يصل سمك الجليد إلى 3200 متر.
الرواسب الجليدية معروفة جيدًا. في المناطق ذات الشتاء البارد والطويل والصيف القصير، وكذلك في المناطق الجبلية العالية، تتشكل الكهوف الجليدية ذات الهوابط والصواعد، من بينها الأكثر إثارة للاهتمام هي كونغورسكايا في منطقة بيرم في جبال الأورال، وكذلك كهف دوبشاين في سلوفاكيا.
عندما تتجمد مياه البحر، يتكون الجليد البحري. الخصائص المميزة للجليد البحري هي الملوحة والمسامية، والتي تحدد مدى كثافته من 0.85 إلى 0.94 جم/سم 3 . وبسبب هذه الكثافة المنخفضة، يرتفع الجليد الطافي فوق سطح الماء بمقدار 1/7-1/10 من سمكه. يبدأ الجليد البحري في الذوبان عند درجات حرارة أعلى من -2.3 درجة مئوية؛ فهو أكثر مرونة وأصعب في التكسر من جليد المياه العذبة.

طلب

في أواخر الثمانينيات، طور مختبر أرجون تقنية لصنع ملاط ​​ثلج يمكن أن يتدفق بحرية عبر أنابيب بأقطار مختلفة دون أن يتجمع في تراكمات الجليد أو يلتصق ببعضه البعض أو يسد أنظمة التبريد. يتكون تعليق الماء المالح من العديد من بلورات الجليد الصغيرة جدًا ذات الشكل الدائري. بفضل هذا، يتم الحفاظ على حركة المياه، وفي الوقت نفسه، من وجهة نظر الهندسة الحرارية، فهي تمثل الجليد، وهو أكثر فعالية بمقدار 5-7 مرات من الماء البارد البسيط في أنظمة تبريد المباني. وبالإضافة إلى ذلك، فإن مثل هذه الخلطات تعتبر واعدة في مجال الطب. أظهرت التجارب على الحيوانات أن البلورات الدقيقة لخليط الجليد تمر بشكل مثالي إلى الأوعية الدموية الصغيرة إلى حد ما ولا تلحق الضرر بالخلايا. يمتد "الدم الجليدي" من الوقت الذي يمكن خلاله إنقاذ الضحية. لنفترض أنه في حالة السكتة القلبية تطول هذه المرة حسب التقديرات المحافظة من 10-15 إلى 30-45 دقيقة.
ينتشر استخدام الجليد كمادة هيكلية على نطاق واسع في المناطق القطبية لبناء المساكن - الأكواخ الثلجية. الجليد هو جزء من مادة Pikerit التي اقترحها D. Pike، والتي تم اقتراحها لجعل أكبر حاملة طائرات في العالم.

الجليد - H2O

تصنيف

سترونز (الطبعة الثامنة)	4/أ.01-10
نيكل سترونز (الطبعة العاشرة)	4.AA.05
دانا (الطبعة الثامنة)	4.1.2.1
يا المرجع CIM.	7.1.1

البنية البلورية للجليد: ترتبط جزيئات الماء بشكل سداسي منتظم. الشبكة البلورية للجليد: يتم ترتيب جزيئات الماء H 2 O (الكرات السوداء) في عقدها بحيث يكون لكل منها أربعة جيران. يرتبط جزيء الماء (في الوسط) بأقرب جزيئاته الأربعة المجاورة بواسطة روابط هيدروجينية. الجليد هو تعديل بلوري للمياه. وفقا لأحدث البيانات، يحتوي الجليد على 14 تعديلا هيكليا. من بينها هناك تعديلات بلورية (معظمها) وغير متبلورة، لكنها تختلف جميعها عن بعضها البعض في الترتيب النسبي لجزيئات الماء وخصائصه. صحيح أن كل شيء ما عدا الجليد المألوف، الذي يتبلور في النظام السداسي، يتشكل في ظروف غريبة عند درجات حرارة منخفضة للغاية وضغوط عالية، عندما تتغير زوايا الروابط الهيدروجينية في جزيء الماء وتتشكل أنظمة أخرى غير السداسية. مثل هذه الظروف تشبه تلك الموجودة في الفضاء ولا تحدث على الأرض. على سبيل المثال، عند درجات حرارة أقل من -110 درجة مئوية، يترسب بخار الماء على صفيحة معدنية على شكل ثماني السطوح ومكعبات يبلغ حجمها عدة نانومترات - ما يسمى بالثلج المكعب. إذا كانت درجة الحرارة أعلى بقليل من -110 درجة مئوية وكان تركيز البخار منخفضًا جدًا، تتشكل طبقة من الجليد غير المتبلور الكثيف للغاية على اللوحة. الخاصية الأكثر غرابة للجليد هي تنوعه المذهل في المظاهر الخارجية. مع نفس البنية البلورية، يمكن أن تبدو مختلفة تمامًا، حيث تأخذ شكل حبات برد شفافة ورقاقات ثلجية، أو رقائق من الثلج الرقيق، أو قشرة كثيفة لامعة من الجليد أو كتل جليدية عملاقة.

ندفة الثلج عبارة عن بلورة واحدة من الجليد، وهي نوع من البلورات السداسية، ولكنها تنمو بسرعة في ظل ظروف غير متوازنة. لقد ظل العلماء يكافحون منذ قرون لاكتشاف سر جمالها وتنوعها اللامتناهي. تبدأ حياة ندفة الثلج بتكوين نوى الجليد البلورية في سحابة من بخار الماء مع انخفاض درجة الحرارة. يمكن أن يكون مركز التبلور عبارة عن جزيئات غبار، أو أي جزيئات صلبة أو حتى أيونات، ولكن على أي حال، فإن هذه القطع من الجليد التي يقل حجمها عن عُشر المليمتر تحتوي بالفعل على شبكة بلورية سداسية، وبخار الماء يتكثف على سطحها. النوى، تشكل أولاً منشورًا سداسيًا صغيرًا، من الزوايا الستة التي يبدأ منها تنمو إبر جليدية متطابقة، براعم جانبية، لأن درجة الحرارة والرطوبة حول الجنين هي نفسها أيضًا. عليها، بدورها، تنمو البراعم الجانبية للفروع، كما هو الحال على الشجرة. تسمى هذه البلورات التشعبات، أي تشبه الخشب. تتحرك ندفة الثلج لأعلى ولأسفل في السحابة، وتواجه ظروفًا ذات درجات حرارة مختلفة وتركيزات مختلفة من بخار الماء. يتغير شكله، ويخضع لقوانين التناظر السداسي حتى النهاية. هذه هي الطريقة التي تصبح بها رقاقات الثلج مختلفة. حتى الآن، لم يكن من الممكن العثور على رقاقات ثلجية متطابقة.

ويعتمد لون الجليد على عمره ويمكن استخدامه لتقييم قوته. يكون جليد المحيط أبيض اللون في السنة الأولى من عمره لأنه مشبع بفقاعات الهواء، التي ينعكس الضوء من جدرانها على الفور، دون أن يكون لديه وقت لامتصاصه. في الصيف، يذوب سطح الجليد، ويفقد قوته، وتحت وطأة الطبقات الجديدة الموجودة في الأعلى، تتقلص فقاعات الهواء وتختفي تمامًا. ويسافر الضوء الموجود داخل الجليد في مسار أطول من ذي قبل ويظهر على شكل لون أخضر مزرق. الجليد الأزرق أقدم وأكثر كثافة وأقوى من الجليد الأبيض "الرغوي" المشبع بالهواء. يعرف الباحثون القطبيون ذلك ويختارون طوافات جليدية زرقاء وخضراء يمكن الاعتماد عليها لقواعدهم العائمة ومحطات الأبحاث والمطارات الجليدية. هناك جبال جليدية سوداء. ظهر أول تقرير صحفي عنها عام 1773. اللون الأسود للجبال الجليدية ناتج عن نشاط البراكين - الجليد مغطى بطبقة سميكة من الغبار البركاني لا تغسلها حتى مياه البحر. الجليد ليس باردًا بنفس القدر. يوجد جليد بارد جدًا، تبلغ درجة حرارته حوالي 60 درجة تحت الصفر، وهذا هو جليد بعض الأنهار الجليدية في القطب الجنوبي. الجليد في الأنهار الجليدية في جرينلاند أكثر دفئًا. درجة حرارته حوالي 28 درجة تحت الصفر. يقع "الجليد الدافئ" جدًا (مع درجة حرارة حوالي 0 درجة) على قمم جبال الألب والجبال الاسكندنافية.

تصل كثافة الماء إلى الحد الأقصى عند +4 درجة مئوية وتساوي 1 جم/مل، وتتناقص مع انخفاض درجة الحرارة. عندما يتبلور الماء تنخفض كثافته بشكل حاد، فبالنسبة للجليد تساوي 0.91 جم/سم3، ولهذا السبب يكون الجليد أخف من الماء، وعندما تتجمد الخزانات يتراكم الجليد في الأعلى، وفي قاع الخزانات يكون الماء أكثر كثافة. مع درجة حرارة 4 درجة مئوية. ضعف التوصيل الحراري للجليد والغطاء الثلجي الذي يغطيه يحمي الخزانات من التجمد إلى القاع وبالتالي يخلق الظروف الملائمة لحياة سكان الخزانات في الشتاء.

تؤثر الأنهار الجليدية والصفائح الجليدية والتربة الصقيعية والغطاء الثلجي الموسمي بشكل كبير على مناخ المناطق الكبيرة والكوكب ككل: فحتى أولئك الذين لم يروا الثلج من قبل يشعرون بتنفس كتله المتراكمة عند قطبي الأرض، على سبيل المثال، على شكل التقلبات طويلة المدى في مستوى المحيطات العالمية. يعد الجليد مهمًا جدًا لظهور كوكبنا والموئل المريح للكائنات الحية عليه، لدرجة أن العلماء خصصوا له بيئة خاصة - الغلاف الجليدي، الذي يمتد نطاقه عاليًا إلى الغلاف الجوي وفي أعماق القشرة الأرضية. عادة ما يكون الجليد الطبيعي أنظف بكثير من الماء، لأنه... قابلية ذوبان المواد (باستثناء NH4F) في الجليد منخفضة للغاية. يبلغ إجمالي الاحتياطي الجليدي على الأرض حوالي 30 مليون كم3، ويتركز معظم الجليد في القارة القطبية الجنوبية، حيث يصل سمك طبقته إلى 4 كم.

اليوم سنتحدث عن خصائص الثلج والجليد. تجدر الإشارة إلى أن الجليد لا يتشكل من الماء فقط. بالإضافة إلى جليد الماء، هناك جليد الأمونيا والميثان. منذ وقت ليس ببعيد، اخترع العلماء الثلج الجاف. خصائصها فريدة من نوعها، وسوف ننظر إليها في وقت لاحق قليلا. ويتكون عندما يتجمد ثاني أكسيد الكربون. حصل الثلج الجاف على اسمه لأنه عندما يذوب لا يترك بركًا. يتبخر ثاني أكسيد الكربون الموجود فيه على الفور في الهواء من حالته المتجمدة.

تعريف الجليد

بادئ ذي بدء، دعونا نلقي نظرة فاحصة على الجليد، الذي يتم الحصول عليه من الماء. يوجد بداخله شبكة بلورية عادية. الثلج هو معدن طبيعي شائع يتم إنتاجه عندما يتجمد الماء. يرتبط جزيء واحد من هذا السائل بأربعة جزيئات قريبة. وقد لاحظ العلماء أن مثل هذا الهيكل الداخلي متأصل في العديد من الأحجار الكريمة وحتى المعادن. على سبيل المثال، الماس والتورمالين والكوارتز والكوراندوم والبريل وغيرها لها هذا الهيكل. يتم الاحتفاظ بالجزيئات على مسافة بواسطة شبكة بلورية. تشير خصائص الماء والجليد هذه إلى أن كثافة هذا الجليد ستكون أقل من كثافة الماء الذي تشكل بسببه. ولذلك يطفو الجليد على سطح الماء ولا يغوص فيه.

ملايين الكيلومترات المربعة من الجليد

هل تعرف مقدار الجليد الموجود على كوكبنا؟ وفقا لأبحاث حديثة أجراها العلماء، هناك ما يقرب من 30 مليون كيلومتر مربع من المياه المتجمدة على كوكب الأرض. وكما كنت قد خمنت، فإن الجزء الأكبر من هذا المعدن الطبيعي موجود في القمم الجليدية القطبية. وفي بعض الأماكن يصل سمك الغطاء الجليدي إلى 4 كيلومترات.

كيفية الحصول على الجليد

صنع الثلج ليس بالأمر الصعب على الإطلاق. هذه العملية ليست صعبة ولا تتطلب أي مهارات خاصة. وهذا يتطلب انخفاض درجة حرارة الماء. هذا هو الشرط الثابت الوحيد لعملية تكوين الجليد. سوف يتجمد الماء عندما يظهر مقياس الحرارة الخاص بك درجة حرارة أقل من 0 درجة مئوية. تبدأ عملية التبلور في الماء بسبب انخفاض درجات الحرارة. تم بناء جزيئاتها في بنية منظمة مثيرة للاهتمام. تسمى هذه العملية بتكوين الشبكة البلورية. إنه نفس الشيء في المحيط، في البركة، وحتى في الثلاجة.

بحث حول عملية التجميد

من خلال إجراء بحث حول موضوع تجميد المياه، توصل العلماء إلى استنتاج مفاده أن الشبكة البلورية مبنية في الطبقات العليا من الماء. تبدأ أعواد الثلج المجهرية بالتشكل على السطح. وبعد ذلك بقليل يتجمدون معًا. وبفضل هذا، يتم تشكيل طبقة رقيقة على سطح الماء. تستغرق المسطحات المائية الكبيرة وقتًا أطول بكثير للتجميد مقارنة بالمياه الراكدة. ويرجع ذلك إلى حقيقة أن الرياح تموج وتموج سطح البحيرة أو البركة أو النهر.

الفطائر الجليدية

وقدم العلماء ملاحظة أخرى. إذا استمرت الإثارة عند درجات حرارة منخفضة، يتم تجميع أدق الأغشية في الفطائر التي يبلغ قطرها حوالي 30 سم، ثم تتجمد في طبقة واحدة لا يقل سمكها عن 10 سم، وتتجمد طبقة جديدة من الجليد في الأعلى والأسفل من الفطائر الجليدية. وهذا يخلق غطاء جليدي سميك ومتين. تعتمد قوتها على النوع: فالجليد الأكثر شفافية سيكون أقوى بعدة مرات من الجليد الأبيض. لاحظ علماء البيئة أن الجليد الذي يبلغ سمكه 5 سنتيمترات يمكن أن يدعم وزن شخص بالغ. يمكن لطبقة 10 سم أن تصمد أمام سيارة ركاب، لكن يجب أن نتذكر أن الخروج على الجليد في الخريف والربيع أمر خطير للغاية.

خصائص الثلج والجليد

لقد درس الفيزيائيون والكيميائيون منذ فترة طويلة خصائص الجليد والماء. الخاصية الأكثر شهرة والأكثر أهمية للجليد بالنسبة للبشر هي قدرته على الذوبان بسهولة حتى عند درجة حرارة الصفر. لكن الخصائص الفيزيائية الأخرى للجليد مهمة أيضًا للعلم:

• والجليد شفاف، لذا فهو ينقل ضوء الشمس بشكل جيد؛
• عديم اللون - الجليد ليس له لون، ولكن يمكن تلوينه بسهولة باستخدام إضافات الألوان؛
• الصلابة - تحتفظ الكتل الجليدية بشكلها تمامًا دون أي أصداف خارجية؛
• السيولة هي خاصية خاصة للجليد، متأصلة في المعدن فقط في بعض الحالات؛
• الهشاشة - يمكن تقسيم قطعة من الجليد بسهولة دون بذل الكثير من الجهد؛
• الانقسام - ينكسر الجليد بسهولة في تلك الأماكن التي يندمج فيها على طول الخط البلوري.

الجليد: خصائص الإزاحة والنقاء

يتمتع الجليد بدرجة عالية من النقاء في تركيبته، حيث أن الشبكة البلورية لا تترك مساحة حرة لمختلف الجزيئات الأجنبية. عندما يتجمد الماء، فإنه يزيح الشوائب المختلفة التي كانت تذوب فيه ذات يوم. وبنفس الطريقة يمكنك الحصول على المياه النقية في المنزل.

لكن بعض المواد يمكن أن تبطئ عملية تجميد الماء. على سبيل المثال، الملح في مياه البحر. يتشكل الجليد في البحر فقط عند درجات حرارة منخفضة جدًا. والمثير للدهشة أن عملية تجميد الماء كل عام قادرة على الحفاظ على التنقية الذاتية للشوائب المختلفة لملايين السنين على التوالي.

أسرار الثلج الجاف

خصوصية هذا الجليد هو أنه يحتوي على الكربون في تركيبته. يتشكل هذا الجليد فقط عند درجة حرارة -78 درجة، لكنه يذوب بالفعل عند -50 درجة. الثلج الجاف، الذي تسمح لك خصائصه بتخطي مرحلة السوائل، ينتج البخار على الفور عند تسخينه. الثلج الجاف، مثل نظيره من الجليد المائي، ليس له رائحة.

هل تعرف أين يستخدم الثلج الجاف؟ نظرًا لخصائصه، يستخدم هذا المعدن عند نقل المواد الغذائية والأدوية لمسافات طويلة. ويمكن لحبيبات هذا الثلج أن تطفئ نار البنزين. أيضًا، عندما يذوب الثلج الجاف، فإنه يشكل ضبابًا كثيفًا، ولهذا السبب يتم استخدامه في مجموعات الأفلام لإنشاء تأثيرات خاصة. بالإضافة إلى كل ما سبق، يمكنك أخذ الثلج الجاف معك في التنزه وفي الغابة. بعد كل شيء، عندما يذوب، فإنه يصد البعوض والآفات المختلفة والقوارض.

أما بالنسبة لخصائص الثلج فيمكننا أن نلاحظ هذا الجمال المذهل كل شتاء. بعد كل شيء، كل ندفة الثلج لها شكل مسدس - لم يتغير هذا. ولكن إلى جانب الشكل السداسي، يمكن أن تبدو رقاقات الثلج مختلفة. ويتأثر تكوين كل منها برطوبة الهواء والضغط الجوي والعوامل الطبيعية الأخرى.

خصائص الماء والثلج والجليد مذهلة. من المهم معرفة المزيد من خصائص الماء. فهو مثلاً قادر على أن يأخذ شكل الإناء الذي يُسكب فيه. عندما يتجمد الماء، فإنه يتوسع ويصبح له ذاكرة أيضًا. إنه قادر على تذكر الطاقة المحيطة به، وعندما يتجمد، فإنه "يعيد ضبط" المعلومات التي امتصها.

نظرنا إلى المعدن الطبيعي - الجليد: خصائصه وصفاته. استمر في دراسة العلوم فهي مهمة ومفيدة للغاية!