Type iskrystallgitter. Sekskantet tyranni

Det er ikke individuelle atomer eller molekyler som inngår i kjemiske interaksjoner, men stoffer.

Vår oppgave er å sette oss inn i materiens struktur.

Ved lave temperaturer er stoffene i en stabil fast tilstand.

☼ Det hardeste stoffet i naturen er diamant. Han regnes som kongen av alle edelstener og edelstener. Og selve navnet betyr "uødeleggelig" på gresk. Diamanter har lenge blitt sett på som mirakuløse steiner. Det ble antatt at en person som bærer diamanter ikke kjenner magesykdommer, ikke er påvirket av gift, beholder minnet og et muntert humør til alderdommen og nyter kongelig gunst.

☼ En diamant som har vært utsatt for smykkebehandling – skjæring, polering – kalles en diamant.

Ved smelting som et resultat av termiske vibrasjoner blir rekkefølgen til partiklene forstyrret, de blir mobile, mens den kjemiske bindingens natur ikke blir forstyrret. Dermed er det ingen grunnleggende forskjeller mellom fast og flytende tilstand.

Væsken oppnår fluiditet (dvs. evnen til å ta form av et kar).

Flytende krystaller

Flytende krystaller ble oppdaget på slutten av 1800-tallet, men har blitt studert de siste 20-25 årene. Mange skjermenheter med moderne teknologi, for eksempel noen elektroniske klokker og minidatamaskiner, opererer på flytende krystaller.

Generelt høres ordene "flytende krystaller" ikke mindre uvanlig ut enn "varm is". Men i virkeligheten kan isen også være varm, fordi... ved et trykk på mer enn 10 000 atm. vannis smelter ved temperaturer over 200 0 C. Det uvanlige med kombinasjonen "flytende krystaller" er at den flytende tilstanden indikerer mobiliteten til strukturen, og krystallen innebærer streng bestilling.

Hvis et stoff består av polyatomiske molekyler med en langstrakt eller lamellær form og har en asymmetrisk struktur, så når det smelter, er disse molekylene orientert på en bestemt måte i forhold til hverandre (deres lange akser er parallelle). I dette tilfellet kan molekylene bevege seg fritt parallelt med seg selv, dvs. systemet får egenskapen til fluiditet som er karakteristisk for en væske. Samtidig beholder systemet en ordnet struktur, som bestemmer egenskapene som er karakteristiske for krystaller.

Den høye mobiliteten til en slik struktur gjør det mulig å kontrollere den gjennom svært svake påvirkninger (termisk, elektrisk, etc.), dvs. målrettet endre egenskapene til et stoff, inkludert optiske, med svært lite energiforbruk, som er det som brukes i moderne teknologi.

Typer krystallgitter

Ethvert kjemisk stoff dannes av et stort antall identiske partikler som er sammenkoblet.

Ved lave temperaturer, når termisk bevegelse er vanskelig, er partiklene strengt orientert i rom og form krystallgitter.

Krystallcelle - Dette struktur med et geometrisk riktig arrangement av partikler i rommet.

I selve krystallgitteret skilles noder og internodalt rom.

Det samme stoffet avhengig av forholdene (s, t,...) eksisterer i forskjellige krystallinske former (dvs. de har forskjellige krystallgitter) - allotropiske modifikasjoner som er forskjellige i egenskaper.

For eksempel er fire modifikasjoner av karbon kjent: grafitt, diamant, karbyn og lonsdaleitt.

☼ Den fjerde varianten av krystallinsk karbon, "lonsdaleite," er lite kjent. Den ble oppdaget i meteoritter og oppnådd kunstig, og strukturen studeres fortsatt.

☼ Sot, koks og trekull ble klassifisert som amorfe karbonpolymerer. Imidlertid har det nå blitt kjent at dette også er krystallinske stoffer.

☼ Forresten ble det funnet skinnende svarte partikler i soten, som ble kalt "speilkarbon". Speilkarbon er kjemisk inert, varmebestandig, ugjennomtrengelig for gasser og væsker, har en glatt overflate og er absolutt kompatibel med levende vev.

☼ Navnet grafitt kommer fra italiensk "graffito" - jeg skriver, jeg tegner. Grafitt er mørkegrå krystaller med en svak metallisk glans og har et lagdelt gitter. Individuelle lag med atomer i en grafittkrystall, forbundet med hverandre relativt svakt, skilles lett fra hverandre.

TYPER KRYSTALLRITTER

	ionisk			metall
Hva er i nodene til krystallgitteret, strukturell enhet	ioner	atomer	molekyler	atomer og kationer
Type kjemisk binding mellom partikler i noden	ionisk		kovalent: polar og ikke-polar	metall
Interaksjonskrefter mellom krystallpartikler	elektrostatisk logisk	kovalent	intermolekylær- ny	elektrostatisk logisk
Fysiske egenskaper på grunn av krystallgitteret	· tiltrekningskreftene mellom ioner er sterke, · T pl. (ildfast), · løses lett opp i vann, · smelte og løsning leder elektrisk strøm, ikke-flyktig (ingen lukt)	· kovalente bindinger mellom atomer er store, · T pl. og T kip er veldig, · ikke oppløses i vann, · smelten leder ikke elektrisk strøm	· tiltrekningskreftene mellom molekyler er små, · T pl. ↓, noen er løselige i vann, · har en flyktig lukt	· samhandlingskreftene er store, · T pl. , Høy varme og elektrisk ledningsevne
Aggregert tilstand av et stoff under normale forhold	hard	hard	hard, gassformig væske	hard, væske(N g)
Eksempler	de fleste salter, alkalier, typiske metalloksider	C (diamant, grafitt), Si, Ge, B, SiO 2, CaC 2, SiC (karborundum), BN, Fe 3 C, TaC (t pl. =3800 0 C) Rødt og svart fosfor. Oksider av noen metaller.	alle gasser, væsker, de fleste ikke-metaller: inerte gasser, halogener, H 2, N 2, O 2, O 3, P 4 (hvit), S 8. Hydrogenforbindelser av ikke-metaller, oksider av ikke-metaller: H 2 O, CO 2 "tørris". De fleste organiske forbindelser.	Metaller, legeringer

Hvis hastigheten på krystallvekst er lav ved avkjøling, dannes en glassaktig tilstand (amorf).

1. Forholdet mellom posisjonen til et element i det periodiske systemet og krystallgitteret til dets enkle stoff.

Det er et nært forhold mellom posisjonen til et element i det periodiske systemet og krystallgitteret til dets tilsvarende elementære substans.

		gruppe
				III				VII	VIII
P e R Og O d								H 2
						N 2	O2	F 2
	III					P 4	S 8	Cl2
								BR 2
								jeg 2
Type krystallgitter		metall					atomisk	molekylær

De enkle stoffene til de gjenværende elementene har et metallisk krystallgitter.

FIKSE

Studer forelesningsmaterialet og svar skriftlig på følgende spørsmål i notatboken din:

1. Hva er et krystallgitter?
2. Hvilke typer krystallgitter finnes?
3. Karakteriser hver type krystallgitter i henhold til planen: Hva er i nodene til krystallgitteret, strukturell enhet → Type kjemisk binding mellom partiklene i noden → Interaksjonskrefter mellom krystallpartiklene → Fysiske egenskaper på grunn av krystallen gitter → Aggregert tilstand av stoffet under normale forhold → Eksempler

Fullfør oppgaver om dette emnet:

1. Hvilken type krystallgitter har følgende stoffer som er mye brukt i hverdagen: vann, eddiksyre (CH 3 COOH), sukker (C 12 H 22 O 11), kaliumgjødsel (KCl), elvesand (SiO 2) - smelting punkt 1710 0 C , ammoniakk (NH 3), bordsalt? Lag en generell konklusjon: med hvilke egenskaper til et stoff kan man bestemme typen av krystallgitteret?
2. Bruk formlene til de gitte stoffene: SiC, CS 2, NaBr, C 2 H 2 - bestem typen krystallgitter (ionisk, molekylært) til hver forbindelse og beskriv, basert på dette, de fysiske egenskapene til hvert av de fire stoffene .
   
3. Trener nr. 1. "Krystallgitter"
   
4. Trener nr. 2. "Testoppgaver"
   
5. Test (selvkontroll):

1) Stoffer som har et molekylært krystallgitter, som regel:

en). ildfast og svært løselig i vann
b). smeltbar og flyktig
V). Solid og elektrisk ledende
G). Termisk ledende og plastisk

2) Konseptet "molekyl" ikke aktuelt i forhold til den strukturelle enheten til et stoff:

en). vann

b). oksygen

V). diamant

G). ozon

3) Atomkrystallgitteret er karakteristisk for:

en). aluminium og grafitt

b). svovel og jod

V). silisiumoksid og natriumklorid

G). diamant og bor

4) Hvis et stoff er svært løselig i vann, har et høyt smeltepunkt og er elektrisk ledende, så er dets krystallgitter:

EN). molekylær

b). atomisk

V). ionisk

G). metall

Vann er et kjent og uvanlig stoff. Nesten 3/4 av overflaten på planeten vår er okkupert av hav og hav. Hardt vann - snø og is - dekker 20 % av landet. Klimaet på planeten er avhengig av vann. Geofysikere sier det Jorden ville ha avkjølt for lenge siden og blitt til et livløst stykke stein, hvis ikke vannet. Den har veldig høy varmekapasitet. Ved oppvarming absorberer den varme; kjøler seg ned, gir han det bort. Jordens vann både absorberer og returnerer mye varme og «jevner ut» klimaet. Og det som beskytter jorden mot kosmisk kulde er de vannmolekylene som er spredt i atmosfæren - i skyer og i form av damp.

Vann er det mest mystiske stoffet i naturen etter DNA, besitter unike egenskaper som ikke bare ennå ikke er fullstendig forklart, men som langt fra alle er kjent. Jo lenger den studeres, jo flere nye anomalier og mysterier finnes i den. De fleste av disse uregelmessighetene som gjør livet mulig på jorden er forklart av tilstedeværelsen av hydrogenbindinger mellom vannmolekyler, som er mye sterkere enn van der Waals tiltrekningskrefter mellom molekyler av andre stoffer, men en størrelsesorden svakere enn ioniske og kovalente. bindinger mellom atomer i molekyler. De samme hydrogenbindingene er også tilstede i DNA-molekylet.

Et vannmolekyl (H 2 16 O) består av to hydrogenatomer (H) og ett oksygenatom (16 O). Det viser seg at nesten hele variasjonen av egenskaper til vann og uvanligheten av deres manifestasjon bestemmes til syvende og sist av den fysiske naturen til disse atomene, måten de er kombinert til et molekyl og grupperingen av de resulterende molekylene.

Ris. Strukturen til et vannmolekyl . Geometrisk diagram (a), flat modell (b) og romlig elektronisk struktur (c) av H2O-monomeren. To av de fire elektronene i det ytre skallet av oksygenatomet er involvert i å skape kovalente bindinger med hydrogenatomer, og de to andre danner svært langstrakte elektronbaner, hvis plan er vinkelrett på H-O-H-planet.

Vannmolekylet H 2 O er bygget i form av en trekant: vinkelen mellom de to oksygen-hydrogenbindingene er 104 grader. Men siden begge hydrogenatomene befinner seg på samme side av oksygenet, blir de elektriske ladningene i det spredt. Vannmolekylet er polart, noe som er årsaken til det spesielle samspillet mellom dets forskjellige molekyler. Hydrogenatomene i H 2 O-molekylet, som har en delvis positiv ladning, samhandler med elektronene til oksygenatomene til nabomolekylene. Denne kjemiske bindingen kalles en hydrogenbinding. Den forener H 2 O-molekyler til unike forbindelser av romlig struktur; planet som hydrogenbindingene befinner seg i, er vinkelrett på planet til atomene til det samme H 2 O-molekylet. Samspillet mellom vannmolekyler forklarer først og fremst de unormalt høye temperaturene ved smelting og koking. Ytterligere energi må tilføres for å løsne og deretter ødelegge hydrogenbindinger. Og denne energien er veldig viktig. Dette er grunnen til at varmekapasiteten til vann er så høy.

Et vannmolekyl inneholder to polare kovalente bindinger H–O. De dannes på grunn av overlapping av to en-elektron p - skyer av et oksygenatom og ett-elektron S - skyer av to hydrogenatomer.

I samsvar med den elektroniske strukturen til hydrogen- og oksygenatomer har et vannmolekyl fire elektronpar. To av dem er involvert i dannelsen av kovalente bindinger med to hydrogenatomer, dvs. er bindende. De to andre elektronparene er frie - ikke-bindende. De danner en elektronsky. Skyen er heterogen - individuelle konsentrasjoner og sjeldenheter kan skilles i den.

Et vannmolekyl har fire polladninger: to positive og to negative. Positive ladninger er konsentrert om hydrogenatomer, siden oksygen er mer elektronegativt enn hydrogen. De to negative polene kommer fra to ikke-bindende elektronpar med oksygen.

En overflødig elektrontetthet skapes ved oksygenkjernen. Det indre elektronparet av oksygen rammer jevnt inn kjernen: skjematisk er det representert av en sirkel med sentrum - O 2-kjernen. De fire ytre elektronene er gruppert i to elektronpar som graviterer mot kjernen, men som delvis ikke kompenseres. Skjematisk er de totale elektronorbitalene til disse parene vist i form av ellipser forlenget fra et felles senter - O 2-kjernen. Hver av de resterende to elektronene i oksygenpar med ett elektron i hydrogen. Disse dampene trekker også mot oksygenkjernen. Derfor viser hydrogenkjerner - protoner - seg å være noe nakne, og her observeres mangel på elektrontetthet.

I et vannmolekyl er det altså fire ladningspoler: to negative (overskytende elektrontetthet i området av oksygenkjernen) og to positive (mangel på elektrontetthet i de to hydrogenkjernene). For større klarhet kan vi forestille oss at polene okkuperer toppunktene til et deformert tetraeder, i midten av hvilket det er en oksygenkjerne.

Ris. Strukturen til et vannmolekyl: a – vinkel mellom O-H-bindinger; b – plassering av ladestolper; c – utseendet til elektronskyen til et vannmolekyl.

Det nesten sfæriske vannmolekylet har en merkbart uttalt polaritet, siden de elektriske ladningene i det er plassert asymmetrisk. Hvert vannmolekyl er en miniatyrdipol med et høyt dipolmoment på 1,87 deBy. Debye er en off-system enhet av elektrisk dipol 3.33564·10 30 C·m. Under påvirkning av vanndipoler blir interatomiske eller intermolekylære krefter på overflaten av et stoff nedsenket i det svekket med 80 ganger. Med andre ord har vann en høy dielektrisk konstant, den høyeste av alle forbindelser vi kjenner til.

I stor grad på grunn av dette manifesterer vann seg som et universelt løsningsmiddel. Faste stoffer, væsker og gasser er i en eller annen grad utsatt for dens oppløsende virkning.

Den spesifikke varmekapasiteten til vann er den høyeste av alle stoffer. I tillegg er den 2 ganger høyere enn for is, mens for de fleste enkle stoffer (for eksempel metaller) endres varmekapasiteten praktisk talt ikke under smelteprosessen, og for stoffer laget av polyatomiske molekyler reduseres den som regel. under smelting.

En slik forståelse av strukturen til molekylet gjør det mulig å forklare mange egenskaper ved vann, spesielt strukturen til is. I iskrystallgitteret er hvert molekyl omgitt av fire andre. I et plant bilde kan dette representeres som følger:

Forbindelsen mellom molekyler utføres gjennom et hydrogenatom. Det positivt ladede hydrogenatomet til ett vannmolekyl tiltrekkes av det negativt ladede oksygenatomet til et annet vannmolekyl. Denne bindingen kalles en hydrogenbinding (den er betegnet med prikker). Styrken til en hydrogenbinding er omtrent 15-20 ganger svakere enn en kovalent binding. Derfor brytes hydrogenbindingen lett, noe som for eksempel observeres under fordampning av vann.

Ris. venstre - Hydrogenbindinger mellom vannmolekyler

Strukturen til flytende vann ligner den til is. I flytende vann er molekyler også forbundet med hverandre gjennom hydrogenbindinger, men strukturen til vann er mindre "stiv" enn isens. På grunn av den termiske bevegelsen av molekyler i vann, brytes noen hydrogenbindinger og andre dannes.

Ris. Krystallgitter av is. Vannmolekylene H 2 O (svarte kuler) i nodene er plassert slik at hver har fire "naboer".

Polariteten til vannmolekyler og tilstedeværelsen av delvis ukompenserte elektriske ladninger i dem gir opphav til en tendens til å gruppere molekyler i store "fellesskap" - assosiasjoner. Det viser seg at bare vann i damptilstand tilsvarer formelen H2O. Dette ble vist ved resultatene av å bestemme molekylmassen til vanndamp. I temperaturområdet fra 0 til 100°C overstiger ikke konsentrasjonen av individuelle (monomere molekyler) flytende vann 1%. Alle andre vannmolekyler er kombinert til assosiasjoner med ulik grad av kompleksitet, og deres sammensetning er beskrevet av den generelle formelen (H 2 O)x.

Den direkte årsaken til dannelsen av assosiater er hydrogenbindinger mellom vannmolekyler. De oppstår mellom hydrogenkjernene til noen molekyler og elektron-"kondensasjonene" til oksygenkjernene til andre vannmolekyler. Riktignok er disse bindingene titalls ganger svakere enn "standard" intramolekylære kjemiske bindinger, og vanlige molekylære bevegelser er nok til å ødelegge dem. Men under påvirkning av termiske vibrasjoner oppstår like lett nye forbindelser av denne typen. Fremveksten og forfallet av medarbeidere kan uttrykkes ved følgende diagram:

x·H2O↔ (H2O) x

Siden elektronorbitalene i hvert vannmolekyl danner en tetraedrisk struktur, kan hydrogenbindinger ordne arrangementet av vannmolekyler i tetraedriske koordinerte tilknytninger.

De fleste forskere forklarer den unormalt høye varmekapasiteten til flytende vann med det faktum at når is smelter, kollapser ikke dens krystallinske struktur umiddelbart. I flytende vann er hydrogenbindinger mellom molekyler bevart. Det som gjenstår i den er fragmenter av is - assosiasjoner til et stort eller mindre antall vannmolekyler. Imidlertid, i motsetning til is, eksisterer ikke hver tilknytning lenge. Ødeleggelsen av noen og dannelsen av andre medarbeidere skjer hele tiden. Ved hver temperaturverdi i vann etableres sin egen dynamiske likevekt i denne prosessen. Og når vann varmes opp, brukes en del av varmen på å bryte hydrogenbindinger i tilknyttede selskaper. I dette tilfellet brukes 0,26-0,5 eV på å bryte hver binding. Dette forklarer den unormalt høye varmekapasiteten til vann sammenlignet med smelter av andre stoffer som ikke danner hydrogenbindinger. Ved oppvarming av slike smelter brukes energi kun på å gi termiske bevegelser til deres atomer eller molekyler. Hydrogenbindinger mellom vannmolekyler brytes fullstendig bare når vann blir til damp. Riktigheten av dette synspunktet indikeres også av det faktum at den spesifikke varmekapasiteten til vanndamp ved 100 °C praktisk talt sammenfaller med den spesifikke varmekapasiteten til is ved 0 °C.

Bildet nedenfor:

Det elementære strukturelle elementet til en tilknyttet er en klynge: Ris. En egen hypotetisk vannklynge. Individuelle klynger danner assosiasjoner av vannmolekyler (H 2 O) x: Ris. Klynger av vannmolekyler danner assosiasjoner.

Det er et annet synspunkt på naturen til den unormalt høye varmekapasiteten til vann. Professor G.N. Zatsepina bemerket at den molare varmekapasiteten til vann, som utgjør 18 cal/(molgrad), er nøyaktig lik den teoretiske molare varmekapasiteten til et fast stoff med triatomiske krystaller. Og i samsvar med loven til Dulong og Petit, er atomvarmekapasiteten til alle kjemisk enkle (monatomiske) krystallinske legemer ved en tilstrekkelig høy temperatur den samme og lik 6 calDmol o grader). Og for triatomiske, hvis grammol inneholder 3 N et krystallgittersteder, er det 3 ganger mer. (Her er N a Avogadros nummer).

Det følger av det at vann så å si er et krystallinsk legeme som består av triatomiske H 2 0-molekyler. Dette tilsvarer den vanlige ideen om vann som en blanding av krystalllignende forbindelser med en liten blanding av frie H 2 O-vannmolekyler mellom dem, hvorav antallet øker med økende temperatur. Fra dette synspunktet er det overraskende ikke den høye varmekapasiteten til flytende vann, men den lave varmekapasiteten til fast is. Nedgangen i den spesifikke varmekapasiteten til vann under frysing forklares av fraværet av tverrgående termiske vibrasjoner av atomer i det stive krystallgitteret av is, der hvert proton som forårsaker en hydrogenbinding har bare én frihetsgrad for termiske vibrasjoner i stedet for tre.

Men på grunn av hva og hvordan kan så store endringer i varmekapasiteten til vann oppstå uten tilsvarende trykkendringer? For å svare på dette spørsmålet, la oss møtes med hypotesen til kandidaten for geologiske og mineralogiske vitenskaper Yu. A. Kolyasnikov om strukturen til vann.

Han påpeker at oppdagerne av hydrogenbindinger, J. Bernal og R. Fowler, i 1932 sammenlignet strukturen til flytende vann med den krystallinske strukturen til kvarts, og de assosiasjonene nevnt ovenfor er hovedsakelig 4H 2 0-tetramerer, der det er fire molekyler vann er koblet til et kompakt tetraeder med tolv indre hydrogenbindinger. Som et resultat dannes et tetraeder.

Samtidig kan hydrogenbindinger i disse tetramerene danne både høyrehendte og venstrehendte sekvenser, på samme måte som krystaller av utbredt kvarts (Si0 2), som også har en tetraedrisk struktur, kommer i høyre- og venstrehendte rotasjonskrystaller skjemaer. Siden hver slik vanntetramer også har fire ubrukte eksterne hydrogenbindinger (som ett vannmolekyl), kan tetramerene kobles sammen med disse eksterne bindingene til en slags polymerkjeder, som et DNA-molekyl. Og siden det bare er fire eksterne bindinger, og 3 ganger flere interne, gjør dette at tunge og sterke tetramerer i flytende vann kan bøye, snu og til og med bryte disse eksterne hydrogenbindingene svekket av termiske vibrasjoner. Dette bestemmer fluiditeten til vannet.

Vann, ifølge Kolyasnikov, har denne strukturen bare i flytende tilstand og, muligens, delvis i damptilstand. Men i is, hvis krystallstruktur er godt studert, er tetrahydroler forbundet med hverandre ved hjelp av ufleksible, like sterke direkte hydrogenbindinger til en åpen ramme med store hulrom i seg, noe som gjør tettheten til is mindre enn tettheten til vann .

Ris. Krystallstruktur av is: vannmolekyler er koblet sammen i vanlige sekskanter

Når is smelter, svekkes noen av hydrogenbindingene i den og bøyer seg, noe som fører til en restrukturering av strukturen til de ovenfor beskrevne tetramerene og gjør flytende vann tettere enn is. Ved 4°C oppstår en tilstand når alle hydrogenbindinger mellom tetramere er maksimalt bøyd, noe som bestemmer den maksimale tettheten av vann ved denne temperaturen. Det er ingen steder for forbindelser å gå lenger.

Ved temperaturer over 4°C begynner individuelle bindinger mellom tetramerer å bryte, og ved 36-37°C brytes halvparten av de ytre hydrogenbindingene. Dette bestemmer minimum på kurven for den spesifikke varmekapasiteten til vann kontra temperatur. Ved en temperatur på 70 °C brytes nesten alle intertetramerbindinger, og sammen med frie tetramerer er det bare korte fragmenter av "polymer"-kjeder av dem igjen i vann. Til slutt, når vann koker, skjer det endelige bruddet av nå enkelt tetramerer til individuelle H 2 0-molekyler. Og det faktum at den spesifikke fordampningsvarmen til vann er nøyaktig 3 ganger større enn summen av de spesifikke varmene til smeltende is og påfølgende oppvarming av vann til 100 ° C bekrefter Kolyasnikovs antagelse om. at antall indre bindinger i en tetramer er 3 ganger større enn antall eksterne.

Denne tetraedriske-spiralformede strukturen til vann kan skyldes dens eldgamle reologiske forbindelse med kvarts og andre silisium-oksygenmineraler som dominerer i jordskorpen, fra dypet som vann en gang dukket opp på jorden. Akkurat som en liten saltkrystall får løsningen som omgir den til å krystallisere til lignende krystaller, og ikke til andre, slik fikk kvarts vannmolekyler til å stille seg opp i tetraedriske strukturer, som er energimessig mest gunstige. Og i vår tid, i jordens atmosfære, danner vanndamp, som kondenserer til dråper, en slik struktur fordi atmosfæren alltid inneholder små dråper aerosolvann som allerede har denne strukturen. De er sentre for kondensering av vanndamp i atmosfæren. Nedenfor er mulige kjedesilikatstrukturer basert på tetraederet, som også kan være sammensatt av vanntetraeder.

Ris. Elementært regulært silisium-oksygen tetraeder SiO 4 4-.

Ris. Elementære silisium-oksygenenheter-ortogrupper SiO 4 4- i strukturen til Mg-pyroksenenstatitt (a) og diortogrupper Si 2 O 7 6- i Ca-pyroksenoid wollastonitt (b).

Ris. De enkleste typene silisium-oksygen anioniske grupper på øya: a-SiO 4, b-Si 2 O 7, c-Si 3 O 9, d-Si 4 O 12, d-Si 6 O 18.

Ris. nedenfor - De viktigste typene av silisium-oksygenkjede anioniske grupper (ifølge Belov): a-metagermanat, b - pyroksen, c - bathysite, d-wollastonite, d-vlasovite, e-melilitt, f-rhodonite, z-pyroxmangite , i-metafosfat, k-fluorberyllat, l-barylitt.

Ris. nedenfor - Kondensering av pyroksensilisium-oksygenanioner til bikake to-rads amfibol (a), tre-rads amfibol-lignende (b), lagdelt talkum og relaterte anioner (c).

Ris. nedenfor - De viktigste typene båndede silisium-oksygengrupper (ifølge Belov): a - sillimanitt, amfibol, xonotlite; b-epididymitt; β-ortoklase; g-narsarsukite; d-fenasitt prismatisk; e-euklase innlagt.

Ris. til høyre - Et fragment (elementær pakke) av den lagdelte krystallstrukturen til muskovitt KAl 2 (AlSi 3 O 10 XOH) 2, som illustrerer mellomlaget av aluminium-silisium-oksygennettverk med polyedriske lag av store aluminium- og kaliumkationer, som minner om en DNA-kjede.

Andre modeller av vannstruktur er også mulige. Tetraedrisk bundne vannmolekyler danner særegne kjeder med ganske stabil sammensetning. Forskere avdekker stadig mer subtile og komplekse mekanismer for den "interne organiseringen" av vannmassen. I tillegg til den islignende strukturen, flytende vann og monomermolekyler, beskrives også et tredje element i strukturen - ikke-tetraedrisk.

En viss del av vannmolekyler er ikke assosiert i tredimensjonale rammer, men i lineære ringassosiasjoner. Ringene, når de er gruppert, danner enda mer komplekse komplekser av tilknytninger.

Dermed kan vann teoretisk danne kjeder, som et DNA-molekyl, som vil bli diskutert nedenfor. En annen interessant ting med denne hypotesen er at den innebærer lik sannsynlighet for eksistensen av høyre- og venstrehendt vann. Men biologer har lenge lagt merke til at i biologiske vev og strukturer observeres bare enten venstre- eller høyrehendte formasjoner. Et eksempel på dette er proteinmolekyler, bygget kun av venstrehendte aminosyrer og vridd kun i en venstrehendt spiral. Men sukker i naturen er alle høyrehendte. Ingen har ennå klart å forklare hvorfor det i levende natur er en slik preferanse for venstresiden i noen tilfeller og for høyresiden i andre. Faktisk, i den livløse naturen finnes både høyrehendte og venstrehendte molekyler med like stor sannsynlighet.

For mer enn hundre år siden oppdaget den berømte franske naturforskeren Louis Pasteur at organiske forbindelser i planter og dyr er optisk asymmetriske - de roterer polariseringsplanet til lyset som faller inn på dem. Alle aminosyrer som utgjør dyr og planter roterer polariseringsplanet til venstre, og alt sukker roterer til høyre. Hvis vi syntetiserer forbindelser med samme kjemiske sammensetning, vil hver av dem inneholde like mange venstre- og høyrehendte molekyler.

Som du vet, består alle levende organismer av proteiner, og de er igjen laget av aminosyrer. Ved å kombinere med hverandre i en rekke sekvenser, danner aminosyrer lange peptidkjeder som spontant "vrir seg" til komplekse proteinmolekyler. Som mange andre organiske forbindelser har aminosyrer kiral symmetri (fra gresk chiros - hånd), det vil si at de kan eksistere i to speilsymmetriske former kalt "enantiomerer". Slike molekyler ligner hverandre, som venstre og høyre hender, så de kalles D- og L-molekyler (fra latin dexter, laevus - høyre og venstre).

La oss nå forestille oss at et medium med venstre og høyre molekyler har gått over i en tilstand med bare venstre eller bare høyre molekyler. Eksperter kaller et slikt miljø chiralt (fra det greske ordet "cheira" - hånd) bestilt. Selvreproduksjon av levende ting (biopoiesis - som definert av D. Bernal) kan bare oppstå og opprettholdes i et slikt miljø.

Ris. Speilsymmetri i naturen

Et annet navn for enantiomermolekyler - "høydreiende" og "svingroterende" - kommer fra deres evne til å rotere lysets polariseringsplan i forskjellige retninger. Hvis lineært polarisert lys sendes gjennom en løsning av slike molekyler, roterer polariseringsplanet: med klokken hvis molekylene i løsningen er høyrehendte, og mot klokken hvis molekylene i løsningen er venstrehendte. Og i en blanding av like mengder D- og L-former (kalt "racemate"), vil lyset beholde sin opprinnelige lineære polarisering. Denne optiske egenskapen til kirale molekyler ble først oppdaget av Louis Pasteur i 1848.

Det er merkelig at nesten alle naturlige proteiner kun består av venstrehendte aminosyrer. Dette faktum er desto mer overraskende siden syntesen av aminosyrer under laboratorieforhold produserer omtrent samme antall høyre- og venstrehendte molekyler. Det viser seg at ikke bare aminosyrer har denne funksjonen, men også mange andre stoffer som er viktige for levende systemer, og hver har et strengt definert tegn på speilsymmetri i hele biosfæren. For eksempel er sukkerarter som er en del av mange nukleotider, samt nukleinsyrer DNA og RNA, representert i kroppen utelukkende av høyrehendte D-molekyler. Selv om de fysiske og kjemiske egenskapene til "speilantipodene" er de samme, er deres fysiologiske aktivitet i organismer forskjellig: L-caxara absorberes ikke, L-fenylalanin, i motsetning til dets ufarlige D-molekyler, forårsaker psykisk sykdom, etc.

I følge moderne ideer om livets opprinnelse på jorden tjente valget av en viss type speilsymmetri av organiske molekyler som hovedforutsetningen for deres overlevelse og påfølgende selvreproduksjon. Spørsmålet om hvordan og hvorfor det evolusjonære utvalget av en eller annen speilantipode skjedde, er fortsatt et av vitenskapens største mysterier.

Den sovjetiske vitenskapsmannen L.L. Morozov beviste at overgangen til kiral orden ikke kunne skje evolusjonært, men bare med en bestemt skarp faseendring. Akademiker V.I. Goldansky kalte denne overgangen, takket være hvilken livet på jorden oppsto, en kiral katastrofe.

Hvordan oppsto forholdene for fasekatastrofen som forårsaket den kirale overgangen?

Det viktigste var at organiske forbindelser smeltet ved 800-1000 0C i jordskorpen, og de øvre avkjølte til romtemperaturen, det vil si absolutt null. Temperaturforskjellen nådde 1000 °C. Under slike forhold smeltet organiske molekyler under påvirkning av høy temperatur og ble til og med fullstendig ødelagt, og toppen forble kald da de organiske molekylene ble frosset. Gasser og vanndamp som lekket fra jordskorpen endret den kjemiske sammensetningen av organiske forbindelser. Gassene førte varme med seg, noe som førte til at smeltelinjen til det organiske laget beveget seg opp og ned, og skapte en gradient.

Ved svært lave atmosfæriske trykk var vann på jordoverflaten kun i form av damp og is. Da trykket nådde det såkalte trippelpunktet for vann (0,006 atmosfærer), kunne vann for første gang eksistere i form av en væske.

Selvfølgelig, bare eksperimentelt kan man bevise hva som forårsaket den kirale overgangen: terrestriske eller kosmiske årsaker. Men på en eller annen måte, på et tidspunkt, viste chiralt ordnede molekyler (nemlig venstredreiende aminosyrer og høyredreiende sukker) seg å være mer stabile og en ustoppelig økning i antallet begynte - en kiral overgang.

Kronikken om planeten forteller også at på den tiden var det ingen fjell eller depresjoner på jorden. Den halvsmeltede granittiske skorpen presenterte en overflate like jevn som nivået til det moderne havet. Innenfor denne sletten var det imidlertid fortsatt depresjoner på grunn av den ujevne fordelingen av massene i jorden. Disse reduksjonene spilte en ekstremt viktig rolle.

Faktum er at flatbunnede fordypninger hundrevis og til og med tusenvis av kilometer på tvers og ikke mer enn hundre meter dype sannsynligvis ble livets vugge. Tross alt strømmet vann som samlet seg på overflaten av planeten inn i dem. Vannet fortynnet de chirale organiske forbindelsene i askelaget. Den kjemiske sammensetningen av forbindelsen endret seg gradvis, og temperaturen stabiliserte seg. Overgangen fra livløs til levende, som begynte under vannfrie forhold, fortsatte i et vannmiljø.

Er dette handlingen om livets opprinnelse? Mest sannsynlig ja. I den geologiske delen av Isua (Vest-Grønland), som er 3,8 milliarder år gammel, ble det funnet bensin- og oljelignende forbindelser med C12/C13 isotopforholdet som er karakteristisk for karbon av fotosyntetisk opprinnelse.

Hvis den biologiske naturen til karbonforbindelser fra Isua-seksjonen bekreftes, viser det seg at hele perioden med opprinnelsen til livet på jorden - fra fremveksten av kiralt organisk materiale til utseendet til en celle som er i stand til fotosyntese og reproduksjon - var fullført på bare hundre millioner år. Og vannmolekyler og DNA spilte en stor rolle i denne prosessen.

Det mest fantastiske med vannstrukturen er at vannmolekyler ved lave negative temperaturer og høye trykk inne i nanorør kan krystallisere seg til en dobbel helix-form, som minner om DNA. Dette ble bevist av dataeksperimenter fra amerikanske forskere ledet av Xiao Cheng Zeng ved University of Nebraska (USA).

DNA er en dobbeltstreng vridd inn i en spiral. Hver tråd består av "klosser" - nukleotider koblet i serie. Hvert nukleotid av DNA inneholder en av fire nitrogenholdige baser - guanin (G), adenin (A) (puriner), tymin (T) og cytosin (C) (pyrimidiner), assosiert med deoksyribose, til sistnevnte i sin tur et fosfat gruppe er vedlagt. Nabonukleotider er forbundet med hverandre i en kjede av en fosfodiesterbinding dannet av 3"-hydroksyl (3"-OH) og 5"-fosfatgrupper (5"-PO3). Denne egenskapen bestemmer tilstedeværelsen av polaritet i DNA, dvs. motsatte retninger, nemlig 5" og 3" ender: 5" enden av en tråd tilsvarer 3" enden av den andre tråden. Sekvensen av nukleotider lar deg "kode" informasjon om ulike typer RNA, hvorav de viktigste er messenger eller mal (mRNA), ribosomalt (rRNA) og transport (tRNA). Alle disse typene RNA syntetiseres på en DNA-mal ved å kopiere en DNA-sekvens til en RNA-sekvens syntetisert under transkripsjon og delta i livets viktigste prosess - overføring og kopiering av informasjon (oversettelse).

Den primære strukturen til DNA er den lineære sekvensen av DNA-nukleotider i en kjede. Sekvensen av nukleotider i en DNA-kjede er skrevet i form av en bokstav-DNA-formel: for eksempel - AGTCATGCCAG, oppføringen gjøres fra 5" til 3" enden av DNA-kjeden.

Den sekundære strukturen til DNA dannes på grunn av interaksjoner av nukleotider (for det meste nitrogenholdige baser) med hverandre, hydrogenbindinger. Et klassisk eksempel på DNA-sekundærstruktur er DNA-dobbelthelixen. DNA dobbel helix er den vanligste formen for DNA i naturen, bestående av to polynukleotidkjeder av DNA. Konstruksjonen av hver ny DNA-kjede utføres etter komplementaritetsprinsippet, dvs. Hver nitrogenholdig base i en DNA-kjede tilsvarer en strengt definert base i en annen kjede: i et komplementært par er motsatt A T, og motsatt G er C, etc.

For at vann skulle danne en spiral, som dette, ble det i et simulert eksperiment "plassert" i nanorør under høyt trykk, varierende i forskjellige eksperimenter fra 10 til 40 000 atmosfærer. Etter dette ble temperaturen innstilt, som hadde en verdi på -23°C. Marginen sammenlignet med frysepunktet til vann ble laget på grunn av at med økende trykk synker smeltepunktet til vannis. Diameteren til nanorørene varierte fra 1,35 til 1,90 nm.

Ris. Generelt syn på strukturen til vannet (bilde av New Scientist)

Vannmolekyler er koblet til hverandre gjennom hydrogenbindinger, avstanden mellom oksygen og hydrogenatomer er 96 pm, og mellom to hydrogener - 150 pm. I fast tilstand deltar oksygenatomet i dannelsen av to hydrogenbindinger med tilstøtende vannmolekyler. I dette tilfellet kommer individuelle H 2 O-molekyler i kontakt med hverandre med motsatte poler. Dermed dannes lag der hvert molekyl er assosiert med tre molekyler av laget sitt og ett fra nabolaget. Som et resultat består iskrystallstrukturen av sekskantede "rør" sammenkoblet som en honningkake.

Ris. Innervegg av en vannstruktur (New Scientist-bilde)

Forskere forventet å se at vannet i alle tilfeller danner en tynn rørformet struktur. Imidlertid viste modellen at ved en rørdiameter på 1,35 nm og et trykk på 40 000 atmosfærer ble hydrogenbindingene bøyd, noe som førte til dannelsen av en dobbeltvegget helix. Den indre veggen i denne strukturen er en firedobbel helix, og den ytre veggen består av fire doble helixer, lik strukturen til DNA-molekylet.

Sistnevnte faktum setter avtrykk ikke bare på utviklingen av våre ideer om vann, men også på utviklingen av tidlig liv og selve DNA-molekylet. Hvis vi antar at i epoken med livets opprinnelse hadde kryolittleirebergarter form av nanorør, oppstår spørsmålet: Kan vannet som er sorbert i dem tjene som et strukturelt grunnlag (matrise) for DNA-syntese og informasjonslesing? Kanskje dette er grunnen til at den spiralformede strukturen til DNA gjentar den spiralformede strukturen til vann i nanorør. Som magasinet New Scientist rapporterer, vil nå våre utenlandske kolleger bekrefte eksistensen av slike vannmakromolekyler under virkelige eksperimentelle forhold ved bruk av infrarød spektroskopi og nøytronspredningsspektroskopi.

Ph.D. O.V. Mosin

Is- mineral med kjemikalier formel H 2 O, representerer vann i krystallinsk tilstand.
Kjemisk sammensetning av is: H - 11,2%, O - 88,8%. Noen ganger inneholder den gassformige og faste mekaniske urenheter.
I naturen er is hovedsakelig representert av en av flere krystallinske modifikasjoner, stabil i temperaturområdet fra 0 til 80 °C, med et smeltepunkt på 0 °C. Det er 10 kjente krystallinske modifikasjoner av is og amorf is. Den mest studerte er is av den første modifikasjonen - den eneste modifikasjonen som finnes i naturen. Is finnes i naturen i form av selve isen (kontinental, flytende, underjordisk, etc.), samt i form av snø, frost osv.

Se også:

STRUKTUR

Krystallstrukturen til is er lik strukturen: hvert H 2 0-molekyl er omgitt av de fire molekylene som er nærmest det, plassert i like avstander fra det, lik 2,76Α og plassert ved toppunktene til et vanlig tetraeder. På grunn av det lave koordinasjonstallet er isstrukturen åpen, noe som påvirker dens tetthet (0,917). Is har et sekskantet romlig gitter og dannes ved å fryse vann ved 0°C og atmosfærisk trykk. Gitteret til alle krystallinske modifikasjoner av is har en tetraedrisk struktur. Parametre for en isenhetscelle (ved t 0°C): a=0,45446 nm, c=0,73670 nm (c er dobbel avstand mellom tilstøtende hovedplan). Når temperaturen synker, endres de svært lite. H 2 0 molekyler i isgitteret er forbundet med hverandre ved hjelp av hydrogenbindinger. Mobiliteten til hydrogenatomer i isgitteret er mye høyere enn mobiliteten til oksygenatomer, på grunn av hvilken molekylene endrer naboer. I nærvær av betydelige vibrasjons- og rotasjonsbevegelser av molekyler i isgitteret, oppstår translasjonshopp av molekyler fra stedet for deres romlige forbindelse, som forstyrrer ytterligere orden og danner dislokasjoner. Dette forklarer manifestasjonen av spesifikke reologiske egenskaper i is, som karakteriserer forholdet mellom irreversible deformasjoner (flyt) av is og spenningene som forårsaket dem (plastisitet, viskositet, flytestyrke, kryp, etc.). På grunn av disse omstendighetene flyter isbreer på samme måte som svært viskøse væsker, og dermed deltar naturlig is aktivt i vannets syklus på jorden. Iskrystaller er relativt store i størrelse (tverrstørrelse fra brøkdeler av en millimeter til flere titalls centimeter). De er preget av anisotropi av viskositetskoeffisienten, hvis verdi kan variere med flere størrelsesordener. Krystaller er i stand til å omorientere seg under påvirkning av belastninger, noe som påvirker deres metamorfisering og strømningshastigheten til isbreer.

EGENSKAPER

Is er fargeløs. I store klynger får den en blåaktig fargetone. Glass glans. Gjennomsiktig. Har ingen kløft. Hardhet 1,5. Skjør. Optisk positiv, brytningsindeks svært lav (n = 1,310, nm = 1,309). Det er 14 kjente modifikasjoner av is i naturen. Riktignok dannes alt bortsett fra den velkjente isen, som krystalliserer i det sekskantede systemet og betegnes som is I, under eksotiske forhold - ved svært lave temperaturer (ca. -110150 0C) og høye trykk, når vinklene til hydrogen bindes i vannet molekylendring og systemer dannes, forskjellig fra sekskantede. Slike forhold ligner de i verdensrommet og forekommer ikke på jorden. For eksempel, ved temperaturer under –110 °C, feller vanndamp ut på en metallplate i form av oktaedre og terninger som er flere nanometer store - dette er den såkalte kubikkisen. Hvis temperaturen er litt over –110 °C og dampkonsentrasjonen er svært lav, dannes det et lag med ekstremt tett amorf is på platen.

MORFOLOGI

Is er et veldig vanlig mineral i naturen. Det er flere typer is i jordskorpen: elv, innsjø, hav, grunn, firn og isbre. Oftere danner det aggregatklynger av fine krystallinske korn. Det er også kjent krystallinske isformasjoner som oppstår ved sublimering, det vil si direkte fra damptilstanden. I disse tilfellene fremstår isen som skjelettkrystaller (snøflak) og aggregater av skjelett- og dendritisk vekst (hulis, rimfrost, rimfrost og mønstre på glass). Store velskårne krystaller finnes, men svært sjelden. N. N. Stulov beskrev iskrystaller i den nordøstlige delen av Russland, funnet på en dybde på 55-60 m fra overflaten, med et isometrisk og søyleformet utseende, og lengden på den største krystallen var 60 cm, og diameteren på basen var 15 cm Fra enkle former på iskrystaller ble kun flatene til det sekskantede prismet (1120), sekskantet bipyramide (1121) og pinacoid (0001) identifisert.
Isdrypstein, i daglig tale kalt "istapper", er kjent for alle. Med temperaturforskjeller på omtrent 0° i høst-vintersesongene vokser de overalt på jordoverflaten med langsom frysing (krystallisering) av rennende og dryppende vann. De er også vanlige i isgrotter.
Isbanker er strimler av isdekke laget av is som krystalliserer ved vann-luft-grensen langs kantene av reservoarer og grenser til kantene av sølepytter, bredden av elver, innsjøer, dammer, reservoarer, etc. med resten av vannrommet ikke fryser. Når de vokser helt sammen, dannes et kontinuerlig isdekke på overflaten av reservoaret.
Is danner også parallelle søyleformede aggregater i form av fibrøse årer i porøs jord, og isantolitter på overflaten.

OPPRINNELSE

Is dannes hovedsakelig i vannbassenger når lufttemperaturen synker. Samtidig dukker det opp en isgrøt sammensatt av isnåler på overflaten av vannet. Nedenfra vokser lange iskrystaller på den, hvis sjette-ordens symmetriakser er plassert vinkelrett på overflaten av skorpen. Forholdet mellom iskrystaller under forskjellige formasjonsforhold er vist i fig. Is er vanlig overalt hvor det er fuktighet og hvor temperaturen synker under 0° C. I noen områder tiner bakken bare til en liten dybde, hvorunder permafrosten begynner. Dette er de såkalte permafrostområdene; I områder med utbredelse av permafrost i de øvre lagene av jordskorpen finner man såkalt underjordisk is, blant hvilke moderne og fossil underjordisk is skilles. Minst 10 % av jordens totale landareal er dekket av isbreer; den monolittiske isbergarten som utgjør dem kalles isbreer. Isbreer dannes først og fremst fra akkumulering av snø som følge av komprimering og transformasjon. Innlandsisen dekker omtrent 75 % av Grønland og nesten hele Antarktis; den største tykkelsen av isbreer (4330 m) ligger nær Byrd-stasjonen (Antarktis). I det sentrale Grønland når istykkelsen 3200 moh.
Isavsetninger er velkjente. I områder med kalde, lange vintre og korte somre, så vel som i høyfjellsregioner, dannes isgrotter med stalaktitter og stalagmitter, blant dem de mest interessante er Kungurskaya i Perm-regionen i Ural, samt Dobshine-hulen i Slovakia.
Når sjøvann fryser, dannes det sjøis. De karakteristiske egenskapene til havisen er saltholdighet og porøsitet, som bestemmer tetthetsområdet fra 0,85 til 0,94 g/cm 3 . På grunn av så lav tetthet stiger isflak over vannoverflaten med 1/7-1/10 av tykkelsen. Sjøis begynner å smelte ved temperaturer over -2,3°C; den er mer elastisk og vanskeligere å bryte i stykker enn ferskvannsis.

APPLIKASJON

På slutten av 1980-tallet utviklet Argonne-laboratoriet en teknologi for å lage isslurry som kan strømme fritt gjennom rør med forskjellige diametre uten å samle seg i isoppbygging, klebe seg sammen eller tette kjølesystemer. Saltvannssuspensjonen besto av mange svært små rundformede iskrystaller. Takket være dette opprettholdes mobiliteten til vannet, og på samme tid, fra termisk teknikk, representerer det is, som er 5-7 ganger mer effektivt enn enkelt kaldt vann i bygningers kjølesystemer. I tillegg er slike blandinger lovende for medisin. Eksperimenter på dyr har vist at mikrokrystaller av isblandingen passerer perfekt inn i ganske små blodårer og ikke skader celler. "Icy Blood" forlenger tiden hvor offeret kan reddes. La oss si at i tilfelle hjertestans forlenges denne tiden, ifølge konservative estimater, fra 10-15 til 30-45 minutter.
Bruken av is som konstruksjonsmateriale er utbredt i polarområdene for bygging av boliger - igloer. Is er en del av Pikerit-materialet foreslått av D. Pike, som det ble foreslått å lage verdens største hangarskip av.

Is - H 2 O

KLASSIFISERING

Strunz (8. utgave)	4/A.01-10
Nickel-Strunz (10. utgave)	4.AA.05
Dana (8. utgave)	4.1.2.1
Heis CIM Ref.	7.1.1

Krystallstruktur av is: vannmolekyler er forbundet i vanlige sekskanter Krystallgitter av is: Vannmolekyler H 2 O (svarte kuler) i nodene er ordnet slik at hver har fire naboer. Vannmolekylet (sentrum) er bundet til sine fire nærmeste nabomolekyler ved hjelp av hydrogenbindinger. Is er en krystallinsk modifikasjon av vann. I følge de siste dataene har is 14 strukturelle modifikasjoner. Blant dem er det både krystallinske (de fleste av dem) og amorfe modifikasjoner, men de skiller seg alle fra hverandre i det relative arrangementet av vannmolekyler og egenskaper. Riktignok dannes alt unntatt den kjente isen, som krystalliserer i det sekskantede systemet, under eksotiske forhold ved svært lave temperaturer og høye trykk, når vinklene til hydrogenbindingene i vannmolekylet endres og andre systemer enn sekskantede dannes. Slike forhold ligner de i verdensrommet og forekommer ikke på jorden. For eksempel, ved temperaturer under –110 °C, feller vanndamp ut på en metallplate i form av oktaedre og terninger som er flere nanometer store – den såkalte kubikkisen. Hvis temperaturen er litt over –110 °C og dampkonsentrasjonen er svært lav, dannes det et lag med ekstremt tett amorf is på platen. Den mest uvanlige egenskapen til is er dens fantastiske variasjon av ytre manifestasjoner. Med den samme krystallstrukturen kan den se helt annerledes ut, i form av gjennomsiktige haglsteiner og istapper, flak av luftig snø, en tett skinnende isskorpe eller gigantiske isbremasser.

Et snøfnugg er en enkelt krystall av is - en type sekskantet krystall, men en som vokste raskt under ikke-likevektsforhold. Forskere har slitt med hemmeligheten bak deres skjønnhet og endeløse mangfold i århundrer. Livet til et snøfnugg begynner med dannelsen av krystallinske iskjerner i en sky av vanndamp når temperaturen synker. Sentrum for krystallisering kan være støvpartikler, eventuelle faste partikler eller til og med ioner, men i alle fall har disse isbitene mindre enn en tiendedels millimeter i størrelse allerede et sekskantet krystallgitter. Vanndamp, kondenserer på overflaten av disse kjerner, danner først et lite sekskantet prisme, fra de seks hjørnene som det begynner vokser identiske isnåler, sideskudd, fordi temperaturen og fuktigheten rundt embryoet er også den samme. På dem vokser på sin side sideskudd av grener, som på et tre. Slike krystaller kalles dendritter, det vil si lik tre. Når et snøfnugg beveger seg opp og ned i en sky, møter det forhold med forskjellige temperaturer og konsentrasjoner av vanndamp. Formen endres, og adlyder lovene om sekskantet symmetri til det siste. Slik blir snøfnugg annerledes. Til nå har det ikke vært mulig å finne to like snøfnugg.

Fargen på isen avhenger av dens alder og kan brukes til å vurdere dens styrke. Havisen er hvit i det første året av sin levetid fordi den er mettet med luftbobler, fra veggene som lys reflekteres umiddelbart, uten å ha tid til å bli absorbert. Om sommeren smelter overflaten av isen, mister sin styrke, og under vekten av nye lag som ligger på toppen, krymper luftbobler og forsvinner helt. Lyset inne i isen går en lengre vei enn før og fremstår som en blågrønn fargetone. Blåis er eldre, tettere og sterkere enn hvit "skummende" is mettet med luft. Polarforskere vet dette og velger pålitelige blå og grønne isflak til sine flytende baser, forskningsstasjoner og isflyplasser. Det er svarte isfjell. Den første presserapporten om dem dukket opp i 1773. Den svarte fargen på isfjell er forårsaket av aktiviteten til vulkaner - isen er dekket med et tykt lag av vulkansk støv, som ikke vaskes av selv av sjøvann. Is er ikke like kald. Det er veldig kald is, med en temperatur på ca minus 60 grader, dette er isen til noen antarktiske isbreer. Isen på Grønlandsbreene er mye varmere. Temperaturen er omtrent minus 28 grader. Svært "varm is" (med en temperatur på ca. 0 grader) ligger på toppen av Alpene og skandinaviske fjell.

Vannets tetthet er maksimal ved +4 C og er lik 1 g/ml; den avtar med synkende temperatur. Når vann krystalliserer, synker tettheten kraftig, for is er den lik 0,91 g/cm3. På grunn av dette er is lettere enn vann og når reservoarene fryser, samler det seg is på toppen, og i bunnen av reservoarene er det tettere vann med en temperatur på 4 ̊ C. Dårlig termisk ledningsevne av is og Snødekket som dekker det beskytter reservoarene mot frysing til bunnen og skaper dermed forhold for livet til innbyggerne i reservoarer om vinteren.

Isbreer, isdekker, permafrost og sesongmessig snødekke påvirker klimaet i store regioner og planeten som helhet betydelig: selv de som aldri har sett snø føler pusten av massene samles ved jordens poler, for eksempel i form av langsiktige svingninger i nivået av verdenshavet. Is er så viktig for utseendet til planeten vår og det komfortable habitatet til levende skapninger på den at forskere har tildelt et spesielt miljø for det - kryosfæren, som utvider sitt domene høyt opp i atmosfæren og dypt inn i jordskorpen. Naturis er vanligvis mye renere enn vann, fordi... løseligheten av stoffer (unntatt NH4F) i is er ekstremt lav. De totale isreservene på jorden er rundt 30 millioner km 3. Det meste av isen er konsentrert i Antarktis, hvor tykkelsen på laget når 4 km.

I dag skal vi snakke om egenskapene til snø og is. Det er verdt å presisere at is ikke bare dannes fra vann. I tillegg til vannis er det ammoniakk og metanis. For ikke lenge siden oppfant forskere tørris. Egenskapene er unike, vi vil vurdere dem litt senere. Det dannes når karbondioksid fryser. Tørris har fått navnet sitt på grunn av at når den smelter, etterlater den seg ikke sølepytter. Karbondioksidet i den fordamper umiddelbart til luften fra dens frosne tilstand.

Isdefinisjon

Først av alt, la oss se nærmere på is, som er hentet fra vann. Det er et vanlig krystallgitter inni den. Is er et vanlig naturlig mineral som produseres når vann fryser. Ett molekyl av denne væsken binder seg til fire nærliggende. Forskere har lagt merke til at en slik indre struktur er iboende i forskjellige edelstener og til og med mineraler. For eksempel har diamant, turmalin, kvarts, korund, beryl og andre denne strukturen. Molekylene holdes på avstand av et krystallgitter. Disse egenskapene til vann og is indikerer at tettheten til slik is vil være mindre enn tettheten til vannet som den ble dannet på grunn av. Derfor flyter is på overflaten av vannet og synker ikke ned i det.

Millioner av kvadratkilometer med is

Vet du hvor mye is det er på planeten vår? Ifølge nyere forskning fra forskere er det omtrent 30 millioner kvadratkilometer med frossent vann på planeten Jorden. Som du kanskje har gjettet, finnes hoveddelen av dette naturlige mineralet på polarisen. Noen steder når tykkelsen på isdekket 4 km.

Hvordan få is

Å lage is er ikke vanskelig i det hele tatt. Denne prosessen er ikke vanskelig og krever ingen spesielle ferdigheter. Dette krever lav vanntemperatur. Dette er den eneste konstante betingelsen for isdannelsesprosessen. Vann vil fryse når termometeret viser en temperatur under 0 grader Celsius. Krystalliseringsprosessen begynner i vann på grunn av lave temperaturer. Molekylene er bygget inn i en interessant ordnet struktur. Denne prosessen kalles dannelsen av et krystallgitter. Det er det samme i havet, i en sølepytt og til og med i fryseren.

Forskning på fryseprosessen

Ved å forske på temaet vannfrysing, kom forskerne til konklusjonen at krystallgitteret er bygget i de øvre vannlagene. Mikroskopiske ispinner begynner å dannes på overflaten. Litt senere fryser de sammen. Takket være dette dannes en tynn film på overflaten av vannet. Store vannmasser bruker mye lengre tid på å fryse sammenlignet med stillestående vann. Dette skyldes det faktum at vinden kruser og kruser overflaten av en innsjø, dam eller elv.

Ispannekaker

Forskere gjorde en annen observasjon. Hvis spenningen fortsetter ved lave temperaturer, samles de tynneste filmene til pannekaker med en diameter på ca. 30 cm. Deretter fryser de til ett lag, hvis tykkelse er minst 10 cm. Et nytt lag med is fryser på topp og bunn av ispannekakene. Dette skaper et tykt og slitesterkt isdekke. Styrken avhenger av typen: den mest gjennomsiktige isen vil være flere ganger sterkere enn hvit is. Miljøvernere har lagt merke til at 5-centimeter is kan bære vekten til en voksen. Et lag på 10 cm tåler en personbil, men det skal huskes at det er veldig farlig å gå ut på isen om høsten og våren.

Egenskaper til snø og is

Fysikere og kjemikere har lenge studert egenskapene til is og vann. Den mest kjente og også viktige egenskapen til is for mennesker er dens evne til å lett smelte selv ved null temperatur. Men andre fysiske egenskaper til is er også viktige for vitenskapen:

• isen er gjennomsiktig, så den overfører sollys godt;
• fargeløshet - is har ingen farge, men den kan lett farges ved hjelp av fargetilsetningsstoffer;
• hardhet - ismasser beholder perfekt formen uten ytre skall;
• fluiditet er en spesiell egenskap til is, iboende i mineralet bare i noen tilfeller;
• skjørhet - et stykke is kan enkelt deles uten mye innsats;
• spaltning - is bryter lett på de stedene hvor den er smeltet sammen langs en krystallografisk linje.

Is: forskyvnings- og renhetsegenskaper

Is har en høy grad av renhet i sammensetningen, siden krystallgitteret ikke etterlater ledig plass til forskjellige fremmede molekyler. Når vann fryser, fortrenger det ulike urenheter som en gang var oppløst i det. På samme måte kan du få renset vann hjemme.

Men noen stoffer kan bremse fryseprosessen til vann. For eksempel salt i sjøvann. Is i havet dannes kun ved svært lave temperaturer. Overraskende nok er prosessen med å fryse vann hvert år i stand til å opprettholde selvrensing av ulike urenheter i mange millioner år på rad.

Hemmelighetene til tørris

Det særegne ved denne isen er at den inneholder karbon i sammensetningen. Slik is dannes bare ved en temperatur på -78 grader, men den smelter allerede ved -50 grader. Tørris, hvis egenskaper lar deg hoppe over væskestadiet, produserer umiddelbart damp ved oppvarming. Tørris har, som sin motstykke vannis, ingen lukt.

Vet du hvor tørris brukes? På grunn av dets egenskaper brukes dette mineralet ved transport av mat og medisin over lange avstander. Og granulene til denne isen kan slukke brannen av bensin. Også når tørris smelter, danner den en tykk tåke, og det er derfor den brukes på filmsett for å lage spesialeffekter. I tillegg til alt det ovennevnte kan du ta med deg tørris på fotturer og i skogen. Når alt kommer til alt, når det smelter, frastøter det mygg, ulike skadedyr og gnagere.

Når det gjelder snøens egenskaper, kan vi observere denne fantastiske skjønnheten hver vinter. Tross alt har hvert snøfnugg form av en sekskant - dette er uendret. Men foruten den sekskantede formen, kan snøflak se annerledes ut. Dannelsen av hver av dem påvirkes av luftfuktighet, atmosfærisk trykk og andre naturlige faktorer.

Egenskapene til vann, snø og is er fantastiske. Det er viktig å kjenne til noen flere egenskaper ved vann. For eksempel er det i stand til å ta formen til karet som det helles i. Når vann fryser, utvider det seg og har også minne. Den er i stand til å huske den omkringliggende energien, og når den fryser, "tilbakestiller" den informasjonen den har absorbert.

Vi så på det naturlige mineralet - is: egenskaper og dets kvaliteter. Fortsett å studere realfag, det er veldig viktig og nyttig!