Բյուրեղների մեկ այլ տեսակ հայտնի է բոլորին. Գրեթե կես տարի (և բևեռային շրջաններում և ամբողջ տարին) այս բյուրեղները ծածկում են Երկրի հսկայական տարածքները, պառկում լեռների գագաթներին և սառցադաշտերի պես սահում դրանցից, լողում որպես այսբերգներ օվկիանոսներում: Սրանք սառած ջրի բյուրեղներ են, այսինքն՝ սառույց և ձյուն։

Յուրաքանչյուր առանձին սառցե բյուրեղ, յուրաքանչյուր ձյան փաթիլ փխրուն է և փոքր: Հաճախ ասում են, որ ձյունը բմբուլի պես է ընկնում։ Բայց նույնիսկ այս համեմատությունը, կարելի է ասել, չափազանց «ծանր» է. ի վերջո, յուրաքանչյուր ձյան փաթիլ մոտ տասն անգամ ավելի թեթև է, քան բմբուլը։ Ձյան տասը հազար փաթիլները կշռում են մեկ կոպեկի չափ։ Բայց, երբ միավորվում են հսկայական քանակությամբ միասին, ձյան բյուրեղները կարող են, օրինակ, կանգնեցնել գնացքը՝ երկաթուղային գծերի վրա ձնակույտեր առաջացնելով. նրանք կարող են նույնիսկ շարժել և փշրել ժայռերը, ինչպես դա անում են ձնահյուսերն ու սառցադաշտերը:

Ձյան փաթիլների վեց ճառագայթ աստղերը անվերջ բազմազան են:

Ձեր մատով հպեք ձյան փաթիլին և այն անմիջապես կհալվի ձեր ձեռքի ջերմությունից։ Ձյան փաթիլ գցեք ձեր վերարկուի թևից - դուք, իհարկե, չեք լսի, թե ինչպես է այն ընկել, և գուցե նույնիսկ կոտրվել է: Բայց լսեք, թե ինչպես է ոտքերիդ տակ նոր թափված ձյունը ճռռում։ Ի՞նչ է այս սցենարը: Այն ճեղքում և կոտրում է ձյան միլիոնավոր բյուրեղներ: Պարզ եղանակին ձյունը շողշողում է ու փայլում, «խաղում» արևի տակ։ Ինչպես միլիոնավոր փոքրիկ հայելիներից, այնպես էլ լույսի ճառագայթները արտացոլվում են ձյան բյուրեղների հարթ եզրերից:

Հավանաբար մեկ անգամ չէ, որ հիացել եք առանձին ձյան բյուրեղներով՝ ձյան փաթիլներով:

«Առաջին ձյունը շողում է, ոլորվում, աստղերի պես ընկնում է ափին»

Պուշկինը խոսում է ձյան մասին. Իրոք, բոլոր ձյան փաթիլները վեց ճառագայթ աստղեր են կամ երբեմն վեցակողմ ափսեներ:

Ձյան փաթիլների լուսանկարներ Bentley-ի ատլասից:

Ձյան փաթիլների վրա ամենահեշտն է համոզվել, որ բյուրեղները սովորաբար ունեն կանոնավոր և սիմետրիկ ձև: Ձյան փաթիլների ձևերն անվերջ են: Բնագետներից մեկը ավելի քան հիսուն տարի է, ինչ լուսանկարում է ձյան փաթիլները մանրադիտակի տակ: Նա կազմել է ձյան փաթիլների մի քանի հազար լուսանկարների ատլաս, և այս բոլոր ձյան փաթիլները տարբեր են, դուք այնտեղ չեք գտնի մի զույգ նույնը: Բայց այնուամենայնիվ, կարելի է վստահաբար ասել, որ ձյան փաթիլների ոչ բոլոր տեսակներն են հավաքված այս ատլասում. Դուք կարող եք կատարել այս լուսանկարներից ևս հազարավոր լուսանկարներ և, այնուամենայնիվ, չսպառել ձյան բյուրեղների ձևերի հսկայական բազմազանությունը:

Հետաքրքիր է համեմատել ձյան փաթիլների ժամանակակից լուսանկարները Օլաֆ Մագնուսի «Հյուսիսային ժողովուրդների պատմություն» հին շվեդական գրքից վերցված նկարի հետ։ Ահա հստակ ապացույց, որ մարդիկ վաղուց նկատել են ձյան փաթիլների զարմանալի ձևերը: Բայց որքա՜ն միամիտ են այս չորս հարյուր տարվա վաղեմության գծագրերը և որքան քիչ են դրանք նման ձյան բյուրեղների իրական նախշերին։

Ձյան փաթիլների նկարներ Օլաֆ Մագնուսի «Հյուսիսային ժողովուրդների պատմությունից», հրատարակված 1555 թ.

Գետի սառցե ծածկը, սառցադաշտի զանգվածը կամ այսբերգը ամենևին էլ մեկ մեծ բյուրեղ չէ: Սառույցի խիտ զանգվածը սովորաբար բազմաբյուրեղ է, այսինքն՝ կազմված բազմաթիվ առանձին բյուրեղներից. դուք միշտ չեք կարող տեսնել նրանց, քանի որ նրանք փոքր են և բոլորը միասին մեծացել են: Երբեմն այդ բյուրեղները կարելի է տեսնել հալվող սառույցի մեջ, օրինակ՝ գարնանը գետի վրա։ Այնուհետև պարզ է դառնում, որ սառույցը կազմված է, ասես, «մատիտներից»՝ միաձուլված, և բոլոր «մատիտները» զուգահեռ են միմյանց և կանգնած են ջրի մակերեսին ուղղահայաց. այս «մատիտները» առանձին սառցե բյուրեղներ են:

Սառույցը մանրադիտակի տակ. Կարելի է տեսնել միաձուլված վեցանկյուն բյուրեղների ուրվագծերը և ջրի ամենափոքր փուչիկները այն վայրերում, որտեղ սկսվել է հալվելը:

Հայտնի է, թե որքան վտանգավոր են բույսերի համար գարնանային կամ աշնանային սառնամանիքները։ Երբ հողի և օդի ջերմաստիճանը իջնում ​​է զրոյից ցածր, ընդերքի ջուրը և բույսերի հյութերը սառչում են՝ առաջացնելով սառցե բյուրեղների ասեղներ: Այս սուր ասեղները պատռում են բույսերի նուրբ հյուսվածքները, տերևները կծկվում ու սևանում, արմատները քայքայվում։

Առավոտյան ցրտաշունչ գիշերներից հետո անտառում և դաշտում հաճախ կարելի է նկատել, թե ինչպես է «սառցե խոտը» աճում երկրի երեսին։ Նման խոտի յուրաքանչյուր ցողուն թափանցիկ վեցանկյուն կամ եռանկյունաձև սառցե բյուրեղ է: Սառցե ասեղների երկարությունը հասնում է 1-2 սանտիմետրի, իսկ երբեմն հասնում է մինչև 10-12 սանտիմետրի։ Այլ դեպքերում գետինը ծածկված է սառույցի թիթեղներով՝ պառկած կամ ուղիղ կանգնած։ Այս սառցե բյուրեղները գետնից դուրս աճելով՝ իրենց գլխին բարձրացնում են ավազ, խճաքար, մինչև 50-100 գրամ կշռող խճաքար։ Սառցաբեկորները նույնիսկ դուրս են մղվում գետնից և փոքր բույսերը վեր են տանում: Երբեմն սառցե ընդերքը պարուրում է բույսը, և արմատը փայլում է սառույցի միջով: Պատահում է նաև, որ սառցե ասեղների վրձինը բարձրացնում է ծանր քարը, որը չի կարող շարժվել մեկ բյուրեղով։ Բյուրեղյա «սառցե խոտը» փայլում է և այրվում ծաղիկ փայլով, բայց հենց արևի ճառագայթները տաքանում են, բյուրեղները թեքվում են դեպի արևը, ընկնում և արագ հալչում։

Այցելեք անտառ ցրտաշունչ գարնանը կամ աշնանը վաղ առավոտյան, երբ արևը դեռ չի հասցրել ոչնչացնել գիշերային սառնամանիքների հետքերը: Ծառերն ու թփերը ծածկված են ցրտահարությամբ։ Սառույցի կաթիլները կախված էին ճյուղերից։ Ուշադիր նայեք, սառույցի կաթիլների ներսում դուք կարող եք տեսնել բարակ վեցանկյուն ասեղների կապոցներ՝ սառցե բյուրեղներ: Սառնամանիքով ծածկված տերևները կարծես խոզանակներ լինեն. ինչպես խոզանակներ, դրանց վրա կանգնած են սառցե բյուրեղների փայլուն վեցանկյուն սյուներ: Անտառը զարդարված է բյուրեղների առասպելական հարստությամբ, բյուրեղյա նախշով:

Ձեր ուշադրությանն ենք ներկայացնում բնական ջրի բյուրեղների և ջրատարների ջրի լուսանկարները ամենամեծ քաղաքներըխաղաղություն.

բնական ջուր

Գետերի, առուների և սառցադաշտերի ջրից առաջացել են լավ ձևավորված, գոհարանման բյուրեղներ։

Բյուրեղը փայլում է արևի պես: Այս աղբյուրը սնվում է Յացուգատակե գագաթների հալված ջրերով, որոնք բնության գեղեցկության մարմնացումն են:

Ձախ կողմում գտնվող բյուրեղը գոյանում է Չուզենդեյ լճի ափին գտնվող աղբյուրի ջրից։ Տեղական իշխանությունների խնդրանքով ջրի քլորացումը հանգեցրել է նրա հատկությունների զգալի փոփոխության, ինչպես ցույց է տրված աջ կողմի լուսանկարում:

Իտալիայի Ֆոնտանա դի Տրեվիի բյուրեղը եզակի է և հիշեցնում է այն մետաղադրամները, որոնք զբոսաշրջիկները նետում են շատրվանը:

Ադամանդներով հարուստ Թասմանիայի աղբյուրի ջուրն արտադրում է բյուրեղներ, որոնք նման են մանր ադամանդների: Էկոլոգիապես մաքուր Նոր Զելանդիայի ստորերկրյա ջրերը նույնպես շատ գեղեցիկ բյուրեղներ են կազմում։

Հարավային բևեռում հազարամյա ձյունը լցվել է ամուր զանգվածի մեջ: Այս ջրի բյուրեղը նույնպես շատ կոշտ տեսք ունի։ Այս երկու նմուշների ջուրը ստացվել է ձյան և սառույցի մակերևութային շերտերից, ուստի այն ամբողջովին անարատ չէ:

Սրանք Շվեյցարիայում հավաքված ջրից բյուրեղներ են:

Աշխարհի քաղաքների ծորակի ջուրը

Ստացեք բյուրեղներԾորակի ջրից հնարավոր է միայն աշխարհի շատ քիչ քաղաքներում։ Ամբողջ բանը, ըստ երեւույթին, ջրի քիմիական մաքրման մեջ է։

Բյուրեղները չեն առաջանում ջրի բնական կենսատու ուժին վնասող նյութերով մաքրելու արդյունքում։

Նույնիսկ Վենետիկում՝ «քաղաքը ջրի վրա», ծորակի ջուրը չի կարող բյուրեղներ արտադրել։ Շվեյցարական Բեռնի ջուրն այս առումով շատ ավելի լավն է։

Զարմանալիորեն, ամերիկյան որոշ քաղաքների ջուրը գեղեցիկ բյուրեղներ է ձեւավորում: Թերեւս սա ջրի պաշտպանության միջոցառումների արդյունքն է։

Վանկուվերի ջուրը համեմատաբար ամբողջական բյուրեղներ է ձևավորել, հնարավոր է, որ ժայռոտ լեռներից առատ արտահոսքի պատճառով: Սիդնեյի ջուրը կարող էր միայն մի տեսակ ծուռ «բլիթ» առաջացնել։

Սրանք երկու քաղաքների բյուրեղներ են Հարավային Ամերիկա. Լավ բյուրեղներ է տվել արգենտինական Բուենոս Այրեսի ջուրը։ Մանաուսը գտնվում է Բրազիլիայում՝ առատ Ամազոն գետի ափին։

Հետաքրքիր փաստեր ջրի մասին.
- Մարդու մարմինըմիջինում 70%-ը բաղկացած է ջրից։

Ջրի ամենամեծ առեղծվածներից մեկը կայանում է նրանում, որ սառույցը լողում է դրա մեջ: Երբ որևէ այլ նյութ հեղուկից անցնում է պինդ վիճակի, նրա խտությունը մեծանում է և նյութը համեմատաբար ավելի ծանր է դառնում։

Եթե ​​ջուրն իրեն պահեր այնպես, ինչպես մյուս բոլոր նյութերը, և սառույցը իջներ հատակին, ապա դուք և ես գուցե գոյություն չլինեինք: Ամեն անգամ, երբ ջերմաստիճանն իջնում ​​էր, լճերի և օվկիանոսների հատակը վերածվում էր պինդ սառույցի, և բոլոր կենդանի էակները մահանում էին:

Ջուրն ունի նաև այլ նյութեր լուծելու և դրանք լվանալու եզակի հատկություն։ Պարզապես մտածեք, թե քանի նյութ կարող է լուծվել ջրի մեջ և որքան դժվար է ջուրը վերադարձնել իր սկզբնական մաքուր վիճակին:

Ըստ մի տեսության՝ ջուրն ունի այլմոլորակային ծագումև այն մեր մոլորակ է բերվել տիեզերքից գիսաստղերի միջոցով:

Հեղուկ ջրի եռաչափ վիճակը դժվար է ուսումնասիրել, սակայն շատ բան է սովորել՝ վերլուծելով սառցե բյուրեղների կառուցվածքը: Չորս հարեւան ջրածնի հետ փոխազդող թթվածնի ատոմները զբաղեցնում են քառաեդրոնի գագաթները (տետրա=չորս, հեդրոն=հարթություն)։ Սառույցում նման կապը կոտրելու համար պահանջվող միջին էներգիան գնահատվում է 23 կՋ/մոլ -1:

Ջրի մոլեկուլների՝ որոշակի քանակությամբ ջրածնային շղթաներ ձևավորելու ունակությունը, ինչպես նաև նշված ուժը, ստեղծում են անսովոր բարձր հալման կետ: Երբ այն հալվում է, այն պահում է հեղուկ ջրով, որի կառուցվածքն անկանոն է։ Ջրածնային կապերի մեծ մասը խեղաթյուրված է։ Ջրածնային կապով սառույցի բյուրեղային ցանցը ոչնչացնելու համար պահանջվում է էներգիայի մեծ զանգված ջերմության տեսքով։

Սառույցի տեսքի առանձնահատկությունները (Ih)

Բնակիչներից շատերին հետաքրքրում է, թե ինչպիսի բյուրեղյա վանդակավոր սառույց կա: Հարկ է նշել, որ նյութերի մեծ մասի խտությունը մեծանում է սառեցման ժամանակ, երբ մոլեկուլային շարժումները դանդաղում են և առաջանում են խիտ փաթեթավորված բյուրեղներ։ Ջրի խտությունը նույնպես մեծանում է, երբ այն սառչում է առավելագույնը 4°C (277K): Այնուհետեւ, երբ ջերմաստիճանը իջնում ​​է այս արժեքից ցածր, այն ընդլայնվում է:

Այս աճը պայմանավորված է բաց, ջրածնային կապով սառցե բյուրեղի ձևավորմամբ՝ իր վանդակավոր և ավելի ցածր խտությամբ, որում յուրաքանչյուր ջրի մոլեկուլ կոշտ կապված է վերը նշված տարրով և չորս այլ արժեքներով, մինչդեռ բավական արագ է շարժվում ավելի մեծ զանգված ունենալու համար: Քանի որ այս գործողությունը տեղի է ունենում, հեղուկը սառչում է վերևից ներքև: Սա կարևոր կենսաբանական արդյունքներ է ունենում, ինչի արդյունքում լճակի սառույցի շերտը կենդանի էակներին մեկուսացնում է ծայրահեղ ցրտից։ Բացի այդ, ջրի երկու լրացուցիչ հատկություն կապված է նրա ջրածնի բնութագրերի հետ՝ հատուկ ջերմային հզորություն և գոլորշիացում:

Կառույցների մանրամասն նկարագրությունը

Առաջին չափանիշը նյութի 1 գրամ ջերմաստիճանը 1°C-ով բարձրացնելու համար պահանջվող քանակությունն է։ Ջրի աստիճանների բարձրացումը պահանջում է համեմատաբար մեծ քանակությամբ ջերմություն, քանի որ յուրաքանչյուր մոլեկուլ ներգրավված է բազմաթիվ ջրածնային կապերի մեջ, որոնք պետք է կոտրվեն, որպեսզի կինետիկ էներգիան մեծանա: Ի դեպ, բոլոր խոշոր բազմաբջիջ օրգանիզմների բջիջներում և հյուսվածքներում H 2 O-ի առատությունը նշանակում է, որ բջիջների ներսում ջերմաստիճանի տատանումները նվազագույնի են հասցվում։ Այս հատկությունը կարևոր է, քանի որ կենսաքիմիական ռեակցիաների մեծ մասի արագությունը զգայուն է:

Նաև զգալիորեն ավելի բարձր է, քան շատ այլ հեղուկներ: Այս մարմինը գազի վերածելու համար պահանջվում է մեծ քանակությամբ ջերմություն, քանի որ ջրածնային կապերը պետք է կոտրվեն, որպեսզի ջրի մոլեկուլները տեղահանվեն միմյանցից և մտնեն նշված փուլ։ Փոփոխվող մարմինները մշտական ​​դիպոլներ են և կարող են փոխազդել նմանատիպ այլ միացությունների և նրանց հետ, որոնք իոնացվում և լուծվում են:

Վերը նշված մյուս նյութերը կարող են շփվել միայն բևեռականության առկայության դեպքում: Հենց այս միացությունն է մասնակցում այս տարրերի կառուցվածքին: Բացի այդ, այն կարող է հարթեցնել էլեկտրոլիտներից ձևավորված այս մասնիկների շուրջ, այնպես որ ջրի մոլեկուլների բացասական թթվածնի ատոմներն ուղղված են դեպի կատիոնները, իսկ դրական իոնները և ջրածնի ատոմները՝ դեպի անիոնները:

Մե– նում ձևավորվում են, որպես կանոն, մոլեկուլային բյուրեղային ցանցեր և ատոմ. Այսինքն, եթե յոդը կառուցված է այնպես, որ դրա մեջ կա I 2, ապա պինդ ածխածնի երկօքսիդի մեջ, այսինքն՝ չոր սառույցի մեջ CO 2 մոլեկուլները գտնվում են բյուրեղային ցանցի հանգույցներում։ Նմանատիպ նյութերի հետ փոխազդեցության ժամանակ սառույցն ունի իոնային բյուրեղյա վանդակ։ Գրաֆիտը, օրինակ, ունենալով ածխածնի վրա հիմնված ատոմային կառուցվածք, ի վիճակի չէ փոխել այն, ինչպես ադամանդը։

Ինչ է տեղի ունենում, երբ կերակրի աղի բյուրեղը լուծվում է ջրի մեջ, այն է, որ բևեռային մոլեկուլները ձգվում են բյուրեղի լիցքավորված տարրերով, ինչը հանգեցնում է նրա մակերևույթի վրա նատրիումի և քլորիդի նմանատիպ մասնիկների առաջացմանը, ինչի արդյունքում այդ մարմինները տեղահանվում են: միմյանցից, և այն սկսում է լուծարվել: Այստեղից կարելի է նկատել, որ սառույցն ունի բյուրեղյա վանդակ՝ իոնային կապով։ Յուրաքանչյուր լուծված Na + ձգում է մի քանի ջրի մոլեկուլների բացասական ծայրերը, մինչդեռ յուրաքանչյուր լուծված Cl-ն գրավում է դրական ծայրերը: Յուրաքանչյուր իոն շրջապատող կեղևը կոչվում է փախուստի գունդ և սովորաբար պարունակում է լուծիչի մասնիկների մի քանի շերտեր:

Փոփոխականները կամ տարրերով շրջապատված իոնները համարվում են սուլֆատացված: Երբ լուծիչը ջուր է, այդպիսի մասնիկները ջրվում են։ Այսպիսով, ցանկացած բևեռային մոլեկուլ հակված է լուծվել հեղուկ մարմնի տարրերով: Չոր սառույցի մեջ բյուրեղային ցանցի տեսակը ագրեգացման վիճակում առաջացնում է ատոմային կապեր, որոնք անփոփոխ են։ Մեկ այլ բան է բյուրեղային սառույցը (սառեցված ջուր): Իոնական օրգանական միացություններ, ինչպիսիք են կարբոքսիլազը և պրոտոնացված ամինները, պետք է լուծելի լինեն հիդրօքսիլ և կարբոնիլ խմբերում։ Նման կառույցներում պարունակվող մասնիկները շարժվում են մոլեկուլների միջև, և նրանց բևեռային համակարգերն այս մարմնի հետ կազմում են ջրածնային կապեր։

Իհարկե, մոլեկուլում վերջին նշված խմբերի քանակը ազդում է դրա լուծելիության վրա, ինչը նույնպես կախված է տարրի տարբեր կառուցվածքների արձագանքից. օրինակ, մեկ, երկու և երեք ածխածնային սպիրտները խառնվում են ջրի հետ, բայց ավելի մեծ: Մեկ հիդրօքսիլային միացություններով ածխաջրածինները շատ ավելի քիչ են նոսրացվում հեղուկներում:

Վեցանկյուն Ih-ն իր ձևով նման է ատոմային բյուրեղային ցանցին։ Սառույցի և Երկրի վրա բոլոր բնական ձյան դեպքում այն ​​հենց այսպիսի տեսք ունի. Դրա մասին է վկայում ջրի գոլորշիներից (այսինքն՝ ձյան փաթիլներից) աճեցված սառույցի բյուրեղային ցանցի համաչափությունը։ Այն գտնվում է տիեզերական P խմբում 63/մմ 194-ից; D 6h, Laue դաս 6 / մմ; նման է β-ին, որն ունի 6 պարուրաձև առանցքի բազմապատիկ (պտույտ շուրջը, բացի դրա երկայնքով տեղաշարժվելուց): Այն ունի բավականին բաց ցածր խտության կառուցվածք, որտեղ արդյունավետությունը ցածր է (~ 1/3) համեմատած պարզ խորանարդ (~ 1/2) կամ դեմքի կենտրոնացված խորանարդ (~ 3/4) կառուցվածքների հետ:

Սովորական սառույցի համեմատ՝ չոր սառույցի բյուրեղային ցանցը, որը կապված է CO 2 մոլեկուլներով, ստատիկ է և փոխվում է միայն այն ժամանակ, երբ ատոմները քայքայվում են:

Ցանցերի և դրանց բաղկացուցիչ տարրերի նկարագրությունը

Բյուրեղները կարելի է համարել որպես բյուրեղային մոդելներ, որոնք բաղկացած են միմյանց վրա դրված թիթեղներից: Ջրածնային կապը դասավորված է, երբ իրականում այն ​​պատահական է, քանի որ պրոտոնները կարող են շարժվել ջրի (սառույցի) մոլեկուլների միջև մոտ 5 Կ-ից բարձր ջերմաստիճանի դեպքում: Իրոք, հավանական է, որ պրոտոններն իրենց պահեն ինչպես քվանտային հեղուկ՝ անընդհատ թունելային հոսքում: Սա ուժեղանում է նեյտրոնների ցրմամբ՝ ցույց տալով նրանց ցրման խտությունը թթվածնի ատոմների միջև կես ճանապարհին, ինչը ցույց է տալիս տեղայնացումը և համակարգված շարժումը։ Այստեղ կա սառույցի նմանություն ատոմային, մոլեկուլային բյուրեղային ցանցի հետ։

Մոլեկուլներն ունեն ջրածնի շղթայի աստիճանական դասավորվածություն հարթության մեջ գտնվող իրենց երեք հարևանների նկատմամբ: Չորրորդ տարրն ունի խավարած ջրածնային կապի դասավորություն։ Կատարյալ վեցանկյուն համաչափությունից մի փոքր շեղում կա, ինչպես 0,3%-ով ավելի կարճ այս շղթայի ուղղությամբ: Բոլոր մոլեկուլները նույնն են զգում մոլեկուլային միջավայրեր. Յուրաքանչյուր «տուփի» ներսում բավականաչափ տարածություն կա միջքաղաքային ջրի մասնիկները պահելու համար։ Թեև դրանք ընդհանուր առմամբ դիտարկված չեն, դրանք վերջերս արդյունավետորեն հայտնաբերվել են սառույցի փոշի բյուրեղային ցանցի նեյտրոնային դիֆրակցիայի միջոցով:

Նյութերի փոփոխություն

Վեցանկյուն մարմինն ունի եռակի կետ՝ հեղուկ և գազային ջրով 0,01 ° C, 612 Պա, պինդ տարրեր՝ երեք -21,985 ° C, 209,9 ՄՊա, տասնմեկ և երկու -199,8 ° C, 70 ՄՊա և -34 ,7 °C, 212,9։ ՄՊա: Վեցանկյուն սառույցի դիէլեկտրական հաստատունը 97,5 է։

Այս տարրի հալման կորը տրված է MPa-ով: Առկա են վիճակի հավասարումներ, դրանցից բացի փոփոխության հետ կապված պարզ անհավասարություններ ֆիզիկական հատկություններվեցանկյուն սառույցի և նրա ջրային կախույթների ջերմաստիճանի հետ։ Կարծրությունը տատանվում է գիպսից (≤2) աստիճաններով բարձրանալով կամ ցածր՝ 0°C-ում մինչև դաշտային սպաթ (6-ը -80°C-ում, բացարձակ կարծրության աննորմալ մեծ փոփոխություն (>24 անգամ):

Սառույցի վեցանկյուն բյուրեղյա վանդակը ձևավորում է վեցանկյուն թիթեղներ և սյուներ, որտեղ վերին և ստորին երեսները հիմքային հարթություններն են (0 0 0 1)՝ 5,57 μJ սմ -2 էնթալպիայով, իսկ մյուս համարժեք կողային երեսները կոչվում են պրիզմայի մասեր։ (1 0 -1 0) 5,94 մՋ սմ -2-ով: Կառուցվածքների կողքերից առաջացած հարթությունների երկայնքով կարող են առաջանալ երկրորդական մակերեսներ (1 1 -2 0) 6,90 μJ ˣ սմ -2:

Նման կառուցվածքը ցույց է տալիս ջերմային հաղորդունակության անոմալ անկում ճնշման աճով (ինչպես նաև ցածր խտության խորանարդ և ամորֆ սառույց), բայց տարբերվում է բյուրեղներից շատերից։ Դա պայմանավորված է ջրածնային կապի փոփոխությամբ, որը նվազեցնում է ձայնի լայնակի արագությունը սառույցի և ջրի բյուրեղային ցանցում։

Կան մեթոդներ, որոնք նկարագրում են, թե ինչպես պատրաստել մեծ բյուրեղյա նմուշներ և ցանկացած ցանկալի սառցե մակերես: Ենթադրվում է, որ ուսումնասիրվող վեցանկյուն մարմնի մակերեսի ջրածնային կապը ավելի կարգավորված կլինի, քան զանգվածային համակարգի ներսում: Վարիացիոն սպեկտրոսկոպիան՝ ֆազային ցանցով թրթռումների հաճախականության գեներացմամբ, ցույց է տվել, որ վեցանկյուն սառույցի բազալ մակերեսի ստորգետնյա HO շղթայում կա կառուցվածքային անհամաչափություն երկու վերին շերտերի (L1 և L2) միջև։ Ընդունված ջրածնային կապերը վեցանկյունների վերին շերտերում (L1 O ··· HO L2) ավելի ամուր են, քան երկրորդ շերտում ընդունվածները դեպի վերին կուտակում (L1 OH ··· O L2): Հասանելի են վեցանկյուն սառույցի ինտերակտիվ կառուցվածքներ:

Զարգացման առանձնահատկությունները

Սառույցի միջուկացման համար պահանջվող ջրի մոլեկուլների նվազագույն քանակը մոտավորապես 275 ± 25 է, ինչպես 280 ամբողջական իկոսաեդրային կլաստերի դեպքում: Ձևավորումը տեղի է ունենում օդ-ջուր միջերեսում 10 10 գործակցով և ոչ թե զանգվածային ջրում: Սառցե բյուրեղների աճը կախված է տարբեր էներգիաների աճի տարբեր տեմպերից: Կենսաբանական նմուշները, սնունդը և օրգանները կրիոպահպանելիս ջուրը պետք է պաշտպանված լինի սառցակալումից:

Սա սովորաբար ձեռք է բերվում արագ արագություններսառեցումը, փոքր նմուշների և կրիոկոնսերվատորի օգտագործումը և սառույցի միջուկի ձևավորման և բջիջների վնասումը կանխելու համար ճնշումը բարձրացնելու համար: Սառույցի/հեղուկի ազատ էներգիան ավելանում է ~30 մՋ/մ2-ից մթնոլորտային ճնշման դեպքում մինչև 40 մՋ/մ-2 200 ՄՊա-ի դեպքում՝ ցույց տալով, թե ինչու է այս ազդեցությունը տեղի ունենում:

Որպես այլընտրանք, դրանք կարող են ավելի արագ աճել պրիզմայի մակերևույթներից (S2), արագ սառեցված կամ հուզված լճերի պատահականորեն խանգարված մակերեսի վրա: Դեմքերից աճը (1 1 -2 0) առնվազն նույնն է, բայց դրանք վերածում է պրիզմայի հիմքերի։ Սառցե բյուրեղի զարգացման վերաբերյալ տվյալները լիովին հետազոտվել են։ Տարբեր դեմքերի տարրերի հարաբերական աճի տեմպերը կախված են հոդերի խոնավացման մեծ աստիճանի ձևավորման կարողությունից: Շրջապատող ջրի ջերմաստիճանը (ցածր) որոշում է սառցե բյուրեղի ճյուղավորման աստիճանը։ Մասնիկների աճը սահմանափակվում է գերսառեցման ցածր աստիճանի դիֆուզիայի արագությամբ, այսինքն.<2 ° C, что приводит к большему их количеству.

Բայց սահմանափակվում է զարգացման կինետիկայով ավելի բարձր մակարդակներում դեպրեսիայի >4°C, ինչը հանգեցնում է ասեղանման աճի: Այս ձևը նման է չոր սառույցին (ունի վեցանկյուն կառուցվածքով բյուրեղյա վանդակ), մակերեսի զարգացման տարբեր բնութագրեր և շրջակա (գերհովացած) ջրի ջերմաստիճանը, որը գտնվում է ձյան փաթիլների հարթ ձևերի հետևում:

Մթնոլորտում սառույցի ձևավորումը խորապես ազդում է ամպերի ձևավորման և հատկությունների վրա: Ֆելդսպարները, որոնք հայտնաբերված են անապատի փոշու մեջ, որը մթնոլորտ է ներթափանցում տարեկան միլիոնավոր տոննաներով, կարևոր ձևավորողներ են: Համակարգչային մոդելավորումը ցույց է տվել, որ դա պայմանավորված է պրիզմատիկ սառցե բյուրեղների հարթությունների միջուկացումով բարձր էներգիայի մակերեսային հարթություններում։

Որոշ այլ տարրեր և վանդակաճաղեր

Լուծված լուծույթները (բացառությամբ շատ փոքր հելիումի և ջրածնի, որոնք կարող են ներթափանցել միջանկյալ հատվածներ) չեն կարող ներառվել Ih կառուցվածքի մեջ մթնոլորտային ճնշման դեպքում, բայց դրանք տեղահանվում են միկրոբյուրեղային մարմնի մասնիկների միջև մակերեսին կամ ամորֆ շերտին: Չոր սառույցի վանդակավոր տեղամասերում կան մի քանի այլ տարրեր՝ քաոտրոպիկ իոններ, ինչպիսիք են NH 4 + և Cl - , որոնք ներառված են հեղուկի ավելի հեշտ սառեցման մեջ, քան մյուս տիեզերականները, ինչպիսիք են Na + և SO 4 2- , ուստի դրանց հեռացումն անհնար է, քանի որ դրանք բյուրեղների միջև մնացած հեղուկից բարակ թաղանթ են կազմում: Սա կարող է հանգեցնել մակերևույթի էլեկտրական լիցքավորման՝ մակերևութային ջրի դիսոցիացիայի պատճառով, որը հավասարակշռում է մնացած լիցքերը (որը կարող է նաև հանգեցնել մագնիսական ճառագայթման) և մնացորդային հեղուկ թաղանթների pH-ի փոփոխության, օրինակ՝ NH 4 2 SO 4-ն ավելի է դառնում։ թթվային և NaCl-ը դառնում է ավելի հիմնային:

Նրանք ուղղահայաց են սառցե բյուրեղային ցանցի երեսներին՝ ցույց տալով կցված հաջորդ շերտը (O-սև ատոմներով): Դրանք բնութագրվում են դանդաղ աճող բազալ մակերեսով (0 0 0 1), որտեղ կցված են միայն մեկուսացված ջրի մոլեկուլները։ Պրիզմայի արագ աճող (1 0 -1 0) մակերես, որտեղ նոր կցված մասնիկների զույգերը կարող են կապվել ջրածնի հետ (մեկ ջրածնային կապ/տարրի երկու մոլեկուլ): Ամենաարագ աճող դեմքը (1 1 -2 0) (երկրորդային պրիզմատիկ), որտեղ նոր կցված մասնիկների շղթաները կարող են փոխազդել միմյանց հետ ջրածնային կապի միջոցով: Նրա շղթայական/տարրերի մոլեկուլներից մեկը ձև է, որը ձևավորում է գագաթներ, որոնք բաժանում են և խրախուսում փոխակերպումը պրիզմայի երկու կողմերին:

Զրոյական կետի էնտրոպիա

կ Բˣ Ln ( Ն

Գիտնականները և նրանց աշխատանքները այս ոլորտում

Կարող է սահմանվել որպես S 0 = կ Բˣ Ln ( Ն E0), որտեղ k B-ը Բոլցմանի հաստատունն է, N E-ը E էներգիայի կոնֆիգուրացիաների թիվն է, իսկ E0-ը ամենացածր էներգիան է: Վեցանկյուն սառույցի էնտրոպիայի այս արժեքը զրոյական կելվինում չի խախտում թերմոդինամիկայի երրորդ օրենքը՝ «Իդեալական բյուրեղի էնտրոպիան բացարձակ զրոյում ուղիղ զրոյական է», քանի որ այդ տարրերն ու մասնիկները իդեալական չեն, ունեն խախտված ջրածնային կապ:

Այս մարմնում ջրածնային կապը պատահական է և արագ փոփոխվող: Այս կառույցները էներգիայով լիովին հավասար չեն, բայց տարածվում են շատ մեծ թվով էներգետիկ մոտ վիճակների վրա, ենթարկվում են «սառույցի կանոններին»։ Զրոյական կետի էնտրոպիան այն անկարգությունն է, որը կպահպանվի, նույնիսկ եթե նյութը կարողանար սառեցնել բացարձակ զրո(0K = -273,15°C): Առաջացնում է փորձնական շփոթություն վեցանկյուն սառույցի համար 3.41 (± 0.2) ˣ mol -1 ˣ K -1: Տեսականորեն հնարավոր կլիներ շատ ավելի մեծ ճշգրտությամբ հաշվարկել հայտնի սառցե բյուրեղների զրոյական էնտրոպիան (անտեսելով արատները և էներգիայի մակարդակի տարածումը), քան այն փորձարարականորեն որոշելը։

Թեև մեծածավալ սառույցում պրոտոնների կարգը դասավորված չէ, մակերեսը, հավանաբար, նախընտրում է այս մասնիկների կարգը կախված H-ատոմների և O-զույգերի շերտերի տեսքով (զրո էնտրոպիա կարգավորված ջրածնային կապերով): Հայտնաբերված է ZPE, J ˣ mol -1 ˣ K -1 և այլ զրոյական կետի խանգարումը։ Վերոնշյալ բոլորից պարզ ու հասկանալի է, թե բյուրեղյա վանդակավորների որ տեսակներն են բնորոշ սառույցին։

Ձեր ուշադրությանն ենք ներկայացնում աշխարհի խոշորագույն քաղաքների ջրատար խողովակներից բնական ջրի բյուրեղների լուսանկարները։

բնական ջուր

Գետերի, առուների և սառցադաշտերի ջրից առաջացել են լավ ձևավորված, գոհարանման բյուրեղներ։

Բյուրեղը փայլում է արևի պես: Այս աղբյուրը սնվում է Յացուգատակե գագաթների հալված ջրերով, որոնք բնության գեղեցկության մարմնացումն են:

Ձախ կողմում գտնվող բյուրեղը գոյանում է Չուզենդեյ լճի ափին գտնվող աղբյուրի ջրից։ Տեղական իշխանությունների խնդրանքով ջրի քլորացումը հանգեցրել է նրա հատկությունների զգալի փոփոխության, ինչպես ցույց է տրված աջ կողմի լուսանկարում:

Իտալիայի Ֆոնտանա դի Տրեվիի բյուրեղը եզակի է և հիշեցնում է այն մետաղադրամները, որոնք զբոսաշրջիկները նետում են շատրվանը:

Ադամանդներով հարուստ Թասմանիայի աղբյուրի ջուրն արտադրում է բյուրեղներ, որոնք նման են մանր ադամանդների: Էկոլոգիապես մաքուր Նոր Զելանդիայի ստորերկրյա ջրերը նույնպես շատ գեղեցիկ բյուրեղներ են կազմում։

Հարավային բևեռում հազարամյա ձյունը լցվել է ամուր զանգվածի մեջ: Այս ջրի բյուրեղը նույնպես շատ կոշտ տեսք ունի։ Այս երկու նմուշների ջուրը ստացվել է ձյան և սառույցի մակերևութային շերտերից, ուստի այն ամբողջովին անարատ չէ:

Սրանք Շվեյցարիայում հավաքված ջրից բյուրեղներ են:

Աշխարհի քաղաքների ծորակի ջուրը

Ստացեք բյուրեղներԾորակի ջրից հնարավոր է միայն աշխարհի շատ քիչ քաղաքներում։ Ամբողջ բանը, ըստ երեւույթին, ջրի քիմիական մաքրման մեջ է։

Բյուրեղները չեն առաջանում ջրի բնական կենսատու ուժին վնասող նյութերով մաքրելու արդյունքում։

Նույնիսկ Վենետիկում՝ «քաղաքը ջրի վրա», ծորակի ջուրը չի կարող բյուրեղներ արտադրել։ Շվեյցարական Բեռնի ջուրն այս առումով շատ ավելի լավն է։

Զարմանալիորեն, ամերիկյան որոշ քաղաքների ջուրը գեղեցիկ բյուրեղներ է ձեւավորում: Թերեւս սա ջրի պաշտպանության միջոցառումների արդյունքն է։

Վանկուվերի ջուրը համեմատաբար ամբողջական բյուրեղներ է ձևավորել, հնարավոր է, որ ժայռոտ լեռներից առատ արտահոսքի պատճառով: Սիդնեյի ջուրը կարող էր միայն մի տեսակ ծուռ «բլիթ» առաջացնել։

Սրանք բյուրեղներ են Հարավային Ամերիկայի երկու քաղաքներից: Լավ բյուրեղներ է տվել արգենտինական Բուենոս Այրեսի ջուրը։ Մանաուսը գտնվում է Բրազիլիայում՝ առատ Ամազոն գետի ափին։

Հետաքրքիր փաստեր ջրի մասին.
- Մարդու օրգանիզմը միջինում 70% ջուր է։

Ջրի ամենամեծ առեղծվածներից մեկը կայանում է նրանում, որ սառույցը լողում է դրա մեջ: Երբ որևէ այլ նյութ հեղուկից անցնում է պինդ վիճակի, նրա խտությունը մեծանում է և նյութը համեմատաբար ավելի ծանր է դառնում։

Եթե ​​ջուրն իրեն պահեր այնպես, ինչպես մյուս բոլոր նյութերը, և սառույցը իջներ հատակին, ապա դուք և ես գուցե գոյություն չլինեինք: Ամեն անգամ, երբ ջերմաստիճանն իջնում ​​էր, լճերի և օվկիանոսների հատակը վերածվում էր պինդ սառույցի, և բոլոր կենդանի էակները մահանում էին:

Ջուրն ունի նաև այլ նյութեր լուծելու և դրանք լվանալու եզակի հատկություն։ Պարզապես մտածեք, թե քանի նյութ կարող է լուծվել ջրի մեջ և որքան դժվար է ջուրը վերադարձնել իր սկզբնական մաքուր վիճակին:

Ըստ մի տեսության՝ ջուրն ունի այլմոլորակային ծագումև այն մեր մոլորակ է բերվել տիեզերքից գիսաստղերի միջոցով:

Իսկ այստեղ արդեն կարելի է անցնել երկրորդ կատեգորիա։ խոսքի տակ «սառույց»մենք սովոր ենք հասկանալ ջրի պինդ փուլային վիճակը: Բայց բացի դրանից սառեցման են ենթարկվում նաև այլ նյութեր։ Այսպիսով, սառույցը կարելի է առանձնացնել սկզբնական նյութի քիմիական բաղադրությամբ, օրինակ՝ ածխաթթու գազ, ամոնիակ, մեթանային սառույց և այլն։

Երրորդ, կան ջրային սառույցի բյուրեղային ցանցեր (փոփոխություններ), որոնց առաջացումը պայմանավորված է թերմոդինամիկական գործոնով։ Ահա թե ինչի մասին մենք մի փոքր կխոսենք այս գրառման մեջ:

Սառույց հոդվածում մենք կանգ առանք այն բանի վրա, թե ինչպես է ջրի կառուցվածքը վերակազմավորվում դրա փոփոխությամբ համախառն վիճակներ, և ազդել բյուրեղային կառուցվածքի վրա սովորական սառույց. Բուն ջրի մոլեկուլի ներքին կառուցվածքի և բոլոր մոլեկուլները կարգավորված համակարգի մեջ միացնող ջրածնային կապերի շնորհիվ ձևավորվում է սառույցի վեցանկյուն (վեցանկյուն) բյուրեղային ցանց։ Իրար ամենամոտ մոլեկուլները (մեկ կենտրոնական և չորս անկյուն) դասավորված են եռանկյուն բուրգի կամ քառաեդրոնի տեսքով, որը ընկած է վեցանկյուն բյուրեղային ձևափոխության հիմքում ( հիվանդ.1).

Իմիջայլոց, նյութի ամենափոքր մասնիկների միջև հեռավորությունը չափվում է նանոմետրերով (նմ) կամ անգստրոմներով (անվանվել է 19-րդ դարի շվեդ ֆիզիկոս Անդերս Յոնաս Անգստրոմի պատվին, որը նշվում է Å խորհրդանիշով)։ 1 Å = 0,1 նմ = 10−10 մ:

Սովորական սառույցի նման վեցանկյուն կառուցվածքը տարածվում է նրա ամբողջ ծավալի վրա։ Դուք կարող եք դա հստակ տեսնել անզեն աչքով. ձմռանը, ձյան տեղումների ժամանակ, բռնեք ձյան փաթիլը հագուստի թեւից կամ ձեռնոցից և ավելի ուշադիր նայեք դրա ձևին. այն վեց ճառագայթ է կամ վեցանկյուն: Սա բնորոշ է յուրաքանչյուր ձյան փաթիլի համար, բայց միևնույն ժամանակ, ոչ մի ձյան փաթիլ երբեք չի կրկնում մյուսը (այս մասին ավելին մեր հոդվածում): Եվ նույնիսկ մեծ սառույցի բյուրեղները իրենց արտաքին ձևով համապատասխանում են ներքին մոլեկուլային կառուցվածքին ( հիվանդ.2).

Մենք արդեն ասացինք, որ նյութի, մասնավորապես ջրի անցումը մի վիճակից մյուսին իրականացվում է որոշակի պայմաններում։ Սովորական սառույցը ձևավորվում է 0°C և ցածր ջերմաստիճանի և 1 մթնոլորտ ճնշման դեպքում (նորմալ արժեք): Հետևաբար, սառույցի այլ ձևափոխությունների ի հայտ գալու համար պահանջվում է այդ արժեքների փոփոխություն, իսկ շատ դեպքերում՝ ցածր ջերմաստիճանների և բարձր ճնշման առկայություն, որի դեպքում փոխվում է ջրածնային կապերի անկյունը և վերակառուցվում է բյուրեղյա վանդակը։ .

Սառույցի յուրաքանչյուր փոփոխություն պատկանում է որոշակի սինգոնիայի՝ բյուրեղների խմբի, որոնցում տարրական բջիջներն ունեն նույն համաչափությունը և կոորդինատային համակարգը (XYZ առանցքներ): Ընդհանուր առմամբ առանձնանում են յոթ սինգոներ։ Դրանցից յուրաքանչյուրի բնութագրերը ներկայացված են նկարազարդումներ 3-4. Եվ հենց ներքևում պատկերված է բյուրեղների հիմնական ձևերը ( հիվանդ.5)

Սառույցի բոլոր փոփոխությունները, որոնք տարբերվում են սովորական սառույցից, ստացվել են լաբորատոր պայմաններում։ Սառույցի առաջին պոլիմորֆ կառուցվածքները հայտնի են դարձել 20-րդ դարի սկզբին՝ գիտնականների ջանքերով. Գուստավ Հենրիխ ԹամմանԵվ Պերսի Բրիջմեն (Պերսի Ուիլյամս Բրիջմեն). Բրիջմենի կողմից կազմված մոդիֆիկացիոն դիագրամը պարբերաբար լրացվում էր։ Ավելի վաղ ձեռք բերվածներից նոր փոփոխություններ են հայտնաբերվել: Դիագրամի վերջին փոփոխությունները կատարվել են մեր ժամանակներում: Մինչ այժմ ստացվել է սառույցի 16 բյուրեղային տեսակ։ Յուրաքանչյուր տեսակ ունի իր անունը և նշվում է հռոմեական թվով։

Մենք չենք խորանալու ֆիզիկական բնութագրերըՋրի սառույցի յուրաքանչյուր մոլեկուլային տիպի, որպեսզի ձեզ չձանձրացնենք, սիրելի ընթերցողներ, գիտական ​​մանրամասներով, նշում ենք միայն հիմնական պարամետրերը:

Սովորական սառույցը կոչվում է ice Ih («h» նախածանցը նշանակում է վեցանկյուն սինգոնիա): Վրա նկարազարդումներ 7ներկայացված է նրա բյուրեղային կառուցվածքը, որը բաղկացած է վեցանկյուն կապերից (վեցանկյուններից), որոնք տարբերվում են ձևով` մեկ ձևով. արևի հանգստարան(անգլերեն) աթոռ-ձև), մեկ այլ ձևով ժայռեր (նավակի ձև) Այս hexamers- ը կազմում է եռաչափ հատված. երկու «բազկաթոռներ» գտնվում են հորիզոնական վերևում և ներքևում, իսկ երեք «ծայրերը» ուղղահայաց դիրքավորված են:

Տարածական դիագրամը ցույց է տալիս սառցե ջրածնային կապերի դասավորության կարգը Իհ, բայց իրականում կապերը պատահական են կառուցվում։ Այնուամենայնիվ, գիտնականները չեն բացառում, որ վեցանկյուն սառույցի մակերեսին ջրածնային կապերն ավելի դասավորված են, քան կառուցվածքի ներսում։

Վեցանկյուն սառույցի տարրական բջիջը (այսինքն՝ բյուրեղի նվազագույն ծավալը, որի կրկնվող վերարտադրությունը երեք չափսերով կազմում է ամբողջ բյուրեղային ցանցը որպես ամբողջություն) ներառում է ջրի 4 մոլեկուլ։ Բջջի չափերն են 4.51 Աերկու կողմից ա, բԵվ 7.35 Ա c կողմում (կողմը կամ c առանցքը դիագրամներում ուղղահայաց ուղղություն ունի): Կողմերի միջև եղած անկյունները, ինչպես երևում է նկարազարդում 4. α=β = 90°, γ = 120°. Հարակից մոլեկուլների միջև հեռավորությունը հավասար է 2,76 Ա.

Վեցանկյուն սառույցի բյուրեղները կազմում են վեցանկյուն թիթեղներ և սյուներ; դրանցում վերին և ստորին երեսները բազային հարթություններն են, իսկ վեց միանման կողային երեսները կոչվում են պրիզմատիկ ( հիվանդ.10).

Ջրի մոլեկուլների նվազագույն քանակը, որոնք անհրաժեշտ են դրա բյուրեղացումը սկսելու համար 275 (±25). Սառույցի ձևավորումը հիմնականում տեղի է ունենում օդին հարող ջրային զանգվածի մակերեսի վրա, այլ ոչ թե դրա ներսում։ կոպիտ սառույցի բյուրեղներ ԻհԴանդաղ ձևավորվում են c առանցքի ուղղությամբ, օրինակ՝ լճացած ջրում նրանք աճում են ուղղահայաց ներքև՝ լամելներից, կամ այն ​​պայմաններում, երբ կողքի աճը դժվար է։ Նուրբ սառույցը, որը ձևավորվել է բուռն ջրում կամ դրա արագ սառեցման ժամանակ, ունի արագացված աճ՝ ուղղված պրիզմատիկ երեսներից։ Շրջապատող ջրի ջերմաստիճանը որոշում է սառցե բյուրեղային ցանցի ճյուղավորման աստիճանը։

Ջրի մեջ լուծված նյութերի մասնիկները, բացառությամբ հելիումի և ջրածնի ատոմների, որոնց չափերը թույլ են տալիս տեղավորվել կառուցվածքի խոռոչներում, նորմալ մթնոլորտային ճնշման դեպքում դուրս են մնում բյուրեղյա ցանցից՝ դուրս մղվելով բյուրեղի մակերես կամ , ինչպես ամորֆ սորտի դեպքում (այս մասին ավելի ուշ՝ հոդվածում) միկրոբյուրեղների միջև շերտեր է կազմում։ Ջրի սառեցման-հալման հաջորդական ցիկլերը կարող են օգտագործվել կեղտից, օրինակ՝ գազերից (գազազերծում) մաքրելու համար:

Սառույցի հետ միասին Իհկա նաև սառույց Հասկանալի է (խորանարդ համակարգ), սակայն բնության մեջ այս տեսակի սառույցի առաջացումը երբեմն հնարավոր է միայն մթնոլորտի վերին շերտերում։ Արհեստական ​​սառույց Հասկանալի էստացվում է ջրի ակնթարթային սառեցմամբ, որի համար գոլորշին խտացվում է սառեցված մինուսից 80 դեպի մինուս 110°Cմետաղական մակերեսը նորմալ մթնոլորտային ճնշման դեպքում: Փորձի արդյունքում մակերեսին թափվում են խորանարդի կամ ութանիստների տեսքով բյուրեղներ։ Սովորական վեցանկյուն սառույցից առաջին մոդիֆիկացիայի խորանարդ սառույց ստեղծելը չի ​​աշխատի՝ նվազեցնելով դրա ջերմաստիճանը, սակայն խորանարդից վեցանկյունի անցումը հնարավոր է, երբ սառույցը տաքացվի։ Հասկանալի էմինուսից բարձր 80°C.

Սառույցի մոլեկուլային կառուցվածքում Հասկանալի էջրածնային կապի անկյունը նույնն է, ինչ սովորական սառույց Ih - 109,5°. Բայց վեցանկյուն օղակը, որը ձևավորվում է սառույցի վանդակում գտնվող մոլեկուլների կողմից Հասկանալի էներկա է միայն արևապաշտպանի տեսքով:

Սառույցի խտությունը Ic է 0,92 գ/սմ³ 1 ատմ ճնշման դեպքում: Խորանարդ բյուրեղի միավոր բջիջն ունի 8 մոլեկուլ և չափսեր՝ a=b=c = 6,35 Å, իսկ նրա անկյունները α=β=γ = 90°։

Մի նոտայի վրա.Հարգելի ընթերցողներ, այս հոդվածում մենք բազմիցս կհանդիպենք սառույցի այս կամ այն ​​տեսակի ջերմաստիճանի և ճնշման ցուցանիշների: Եվ եթե ջերմաստիճանի արժեքները, որոնք արտահայտված են Ցելսիուսի աստիճաններով, պարզ են բոլորի համար, ապա ինչ-որ մեկի համար կարող է դժվար լինել ճնշման արժեքների ընկալումը։ Ֆիզիկայի մեջ այն չափելու համար օգտագործվում են տարբեր միավորներ, սակայն մեր հոդվածում մենք այն կնշենք մթնոլորտներում (atm)՝ կլորացնելով արժեքները։ Նորմալ մթնոլորտային ճնշումը 1 ատմ է, որը հավասար է 760 մմ Hg-ի, կամ 1 բարից մի փոքր ավելի կամ 0,1 ՄՊա (մեգապասկալ):

Ինչպես հասկացաք, մասնավորապես, սառույցի օրինակից Հասկանալի է, սառույցի բյուրեղային փոփոխությունների առկայությունը հնարավոր է թերմոդինամիկական հավասարակշռության պայմաններում, այսինքն. եթե ջերմաստիճանի և ճնշման հավասարակշռությունը, որը որոշում է սառույցի ցանկացած բյուրեղային տեսակի առկայությունը, խախտվում է, այս տեսակը անհետանում է՝ անցնելով մեկ այլ փոփոխության։ Այս թերմոդինամիկական արժեքների շրջանակը տարբեր է, յուրաքանչյուր տեսակի համար այն տարբեր է: Եկեք դիտարկենք սառույցի այլ տեսակներ, ոչ թե խիստ նոմենկլատուրային կարգով, այլ այս կառուցվածքային անցումների հետ կապված:

Սառույց IIպատկանում է եռանկյունային սինգոնիային։ Այն կարող է ձևավորվել վեցանկյուն տիպից՝ մոտ 3000 ատմ ճնշման և մոտ մինուս 75°C ջերմաստիճանի դեպքում, կամ մեկ այլ ձևափոխումից ( սառույց Վ), ճնշման կտրուկ նվազմամբ մինուս 35°C ջերմաստիճանում։ Գոյություն IIսառույցի տեսակը հնարավոր է մինուս 170°C և ճնշման 1-ից մինչև 50000 ատմ (կամ 5 գիգապասկալ (GPa)) պայմաններում։ Գիտնականների կարծիքով՝ նման մոդիֆիկացիայի սառույցը, հավանաբար, կարող է լինել հեռավոր մոլորակների սառցե արբանյակների մաս։ Արեգակնային համակարգ. Նորմալ մթնոլորտային ճնշումը և մինուս 113°C-ից բարձր ջերմաստիճանը պայմաններ են ստեղծում այս տեսակի սառույցի սովորական վեցանկյուն սառույցի անցնելու համար։

Վրա նկարազարդումներ 13ցույց է տալիս սառույցի բյուրեղյա վանդակը II. Տեսանելի ակնառու հատկանիշկառուցվածքները մի տեսակ խոռոչ վեցանկյուն ալիքներ են, որոնք ձևավորվում են մոլեկուլային կապերով: Տարրական բջիջը (նկարում ռոմբով ընդգծված տարածքը) բաղկացած է երկու կապոցներից, որոնք տեղաշարժված են միմյանց նկատմամբ, համեմատաբար ասած՝ «բարձրության երկայնքով»։ Արդյունքում ձևավորվում է ռոմբոեդրալ վանդակավոր համակարգ։ Բջջի չափերը a=b=c = 7,78 Å; α=β=գ = 113,1°: Բջջում կա 12 մոլեկուլ։ Մոլեկուլների միջև կապի անկյունը (О–О–О) տատանվում է 80-ից մինչև 120°։

Երբ ջեռուցվում է II մոդիֆիկացիա, դուք կարող եք սառույց ստանալ III, և հակառակը՝ սառույցի սառեցում IIIայն վերածում է սառույցի II. Նաև սառույց IIIԱյն ձևավորվում է, երբ ջրի ջերմաստիճանը աստիճանաբար իջեցվում է մինչև մինուս 23 ° C, ճնշումը բարձրացնելով մինչև 3000 ատմ:
Ինչպես երևում է փուլային դիագրամում ( հիվանդ. 6), թերմոդինամիկական պայմաններ սառույցի կայուն վիճակի համար III, ինչպես նաև մեկ այլ փոփոխություն՝ սառույց Վ, փոքր են։

Սառույց IIIԵվ Վունեն չորս եռակի կետեր՝ շրջապատող փոփոխություններով (թերմոդինամիկական արժեքներ, որոնց դեպքում հնարավոր է նյութի տարբեր վիճակների առկայությունը): Այնուամենայնիվ, սառույց II, IIIԵվ Վփոփոխությունները կարող են տեղի ունենալ նորմալ մթնոլորտային ճնշման և մինուս 170°C ջերմաստիճանի պայմաններում, իսկ դրանք մինչև մինուս 150°C տաքացնելը հանգեցնում է սառույցի առաջացմանը: Հասկանալի է.

Ներկայումս հայտնի բարձր ճնշման այլ փոփոխությունների համեմատ՝ սառույցը IIIունի ամենացածր խտությունը՝ 3500 ատմ ճնշման դեպքում։ այն հավասար է 1,16 գ/սմ³:
Սառույց IIIբյուրեղացված ջրի քառանկյուն տարատեսակ է, բայց ինքնին սառցե ցանցի կառուցվածքը IIIխախտումներ ունի. Եթե ​​սովորաբար յուրաքանչյուր մոլեկուլ շրջապատված է 4 հարևաններով, ապա այս դեպքում այս ցուցանիշը կունենա 3,2 արժեք, և բացի այդ մոտակայքում կարող են լինել ևս 2 կամ 3 մոլեկուլներ, որոնք չունեն ջրածնային կապեր։
Տարածական կառուցվածքում մոլեկուլները ձևավորում են աջակողմյան խխունջներ։
Բջջի միավորի չափերը 12 մոլեկուլներով մինուս 23°C և մոտ 2800 ատմ. a=b = 6,66, c = 6,93 Å; α=β=գ=90°. Ջրածնային կապերի անկյունը 87-ից 141° միջակայքում:

Վրա նկարազարդումներ 15պայմանականորեն ներկայացված է սառույցի մոլեկուլային կառուցվածքի տարածական սխեման III. Մոլեկուլներ (կետեր կապույտ գույն) դիտողին ավելի մոտ տեղակայված են ավելի մեծ, իսկ ջրածնային կապերը (կարմիր գծերը) համապատասխանաբար ավելի հաստ են։

Իսկ հիմա, ինչպես ասում են, թեժ հետապնդման մեջ, անմիջապես «ցատկենք» սառույցի հետևից եկողների վրա. IIIնոմենկլատուրային կարգով, բյուրեղային փոփոխություններ, իսկ սառույցի մասին մի քանի խոսք ասենք IX.
Սառույցի այս տեսակը, ըստ էության, ձևափոխված սառույց է: III, ենթարկվում է արագ խորը սառեցման մինուս 65-ից մինչև մինուս 108 ° C՝ սառույցի վերածվելուց խուսափելու համար II. Սառույց IXմնում է կայուն 133°C-ից ցածր ջերմաստիճանի և 2000-ից մինչև 4000 ատմ ճնշման դեպքում: Նրա խտությունը և կառուցվածքը նույնական են IIIմիտք, բայց ի տարբերություն սառույցի IIIսառույցի կառուցվածքում IXպրոտոնների դասավորության մեջ կա կարգուկանոն.
Սառույցի ջեռուցում IXչի վերադարձնում այն ​​բնօրինակին IIIփոփոխություններ, բայց վերածվում է սառույցի II. Բջջի չափերը՝ a=b = 6,69, c = 6,71 Å մինուս 108°C և 2800 ատմ:

Իմիջայլոց, գիտաֆանտաստիկ գրող Կուրտ Վոնեգուտի (Kurt Vonnegut) վեպը 1963 «Կատվի օրորոցը» կառուցված է սառցե ինը կոչվող նյութի շուրջ, որը նկարագրվում է որպես արհեստականորեն ստացված նյութ, որը մեծ վտանգ է ներկայացնում կյանքի համար, քանի որ ջուրը բյուրեղանում է, երբ շփվում է դրա հետ։ այն վերածվելով սառույցի իննի: Այս նյութի նույնիսկ փոքր քանակությամբ ներթափանցումը համաշխարհային օվկիանոս նայող բնական ջրային տարածք սպառնում է սառեցնել մոլորակի ամբողջ ջուրը, ինչն իր հերթին նշանակում է ողջ կյանքի մահ: Ի վերջո, ամեն ինչ այդպես է լինում։

Սառույց IVբյուրեղային ցանցի մետակայուն (թույլ կայուն) եռանկյուն գոյացում է։ Դրա գոյությունը հնարավոր է սառույցի փուլային տարածության մեջ III, ՎԵվ VIփոփոխությունները. սառույց ստանալ IVհնարավոր է ամորֆ սառույցից բարձր խտության, դանդաղ տաքացնելով այն՝ սկսած մինուս 130°C-ից 8000 ատմ մշտական ​​ճնշման դեպքում։
Տարրական ռոմբոեդրային բջիջի չափը 7,60 Å է, անկյունները α=β=γ = 70,1°։ Բջիջը ներառում է 16 մոլեկուլ; Մոլեկուլների միջև ջրածնային կապերն ասիմետրիկ են: 1 ատմ ճնշման և մինուս 163°C ջերմաստիճանի դեպքում սառույցի IV խտությունը կազմում է 1,27 գ/սմ³։ O–O–O կապի անկյուն՝ 88–128°։

Նմանապես IVձևավորված սառույցի տեսակը և սառույցը XII– տաքացնելով բարձր խտության ամորֆ մոդիֆիկացիան (այս մասին ավելին ստորև) մինուս 196-ից մինչև մինուս 90°C 8000 ատմ նույն ճնշման դեպքում, բայց ավելի բարձր արագությամբ:
Սառույց XIIնաև մետակայուն է փուլային շրջանում ՎԵվ VIբյուրեղային տեսակներ. Դա մի տեսակ քառանկյուն սինգոնիա է։
Միավոր բջիջը պարունակում է 12 մոլեկուլ, որոնք 84–135° անկյուններով ջրածնային կապերի շնորհիվ գտնվում են բյուրեղային ցանցում՝ առաջացնելով կրկնակի աջակողմյան պարույր։ Բջիջն ունի չափսեր՝ a=b = 8,27, c = 4,02 Å; անկյուններ α=β=γ = 90º: Խտություն Սառույց XIIնորմալ մթնոլորտային ճնշման և մինուս 146°C ջերմաստիճանի դեպքում կազմում է 1,30 գ/սմ³: Ջրածնային կապի անկյունները՝ 67–132°։

Մինչ օրս հայտնաբերված ջրային սառույցի փոփոխություններից սառույցն ունի ամենաբարդ բյուրեղային կառուցվածքը։ Վ. 28 մոլեկուլները կազմում են նրա միավոր բջիջը; ջրածնային կապերն անցնում են այլ մոլեկուլային միացությունների բացերի միջով, և որոշ մոլեկուլներ կապեր են ստեղծում միայն որոշակի միացությունների հետ։ Հարևան մոլեկուլների միջև ջրածնային կապերի անկյունը մեծապես տատանվում է ՝ 86-ից մինչև 132 °, հետևաբար, սառույցի բյուրեղային ցանցում: Վկա ուժեղ լարվածություն և էներգիայի հսկայական պաշար:
Բջիջների պարամետրերը նորմալ մթնոլորտային ճնշման և ջերմաստիճանի պայմաններում մինուս 175°С՝ a= 9,22, b= 7,54, c= 10,35 Å; α=β = 90°, γ = 109,2°:
Սառույց Վ- Սա մոնոկլինիկական բազմազանություն է, որը ձևավորվում է ջրի սառեցման արդյունքում մինչև մինուս 20 ° C, մոտ 5000 ատմ ճնշման տակ: Բյուրեղյա ցանցի խտությունը, հաշվի առնելով 3500 ատմ ճնշումը, կազմում է 1,24 գ/սմ³։
Սառույցի բյուրեղային ցանցի տարածական դիագրամ Վտեսակը ցուցադրված է նկարազարդումներ 18. Բյուրեղի տարրական բջիջի շրջանը նշվում է մոխրագույն եզրագծով։

Սառույցի կառուցվածքում պրոտոնների դասավորվածությունը Վայն դարձնում է մեկ այլ տեսակ, որը կոչվում է սառույց XIII. Այս մոնոկլինիկ մոդիֆիկացիան կարելի է ձեռք բերել մինուս 143°C-ից ցածր ջրի սառեցման միջոցով՝ հավելումով աղաթթվի(HCl) ֆազային անցումը հեշտացնելու համար՝ ստեղծելով 5000 ատմ ճնշում: Հետադարձելի անցում XIIIտեսակ k Վտեսակը հնարավոր է մինուս 193°С-ից մինուս 153°С ջերմաստիճանի միջակայքում։
Սառույցի բջջի միավորի չափերը XIIIմի փոքր տարբերվում է Վփոփոխություններ՝ a= 9,24, b= 7,47, c= 10,30 Å; α=β = 90°, γ= 109,7° (1 ատմ-ում, մինուս 193°C): Բջջում մոլեկուլների թիվը նույնն է՝ 28. Ջրածնային կապերի անկյունը՝ 82–135°։

Մեր հոդվածի հաջորդ մասում մենք կշարունակենք վերանայել ջրային սառույցի փոփոխությունները:

Կհանդիպենք մեր բլոգի էջերում:

Կարող եք նաև ստուգել այլ հոդվածներ.

Սառցե կոմպոզիցիաներ տոնածառի տեսքով

Ամանորյա սառցե կոմպոզիցիաներ

Սառցե քանդակագործական համալիր «Տասներկու...

Կրկնակի սառույցի սլայդներ

սառցե ծաղիկներ

«SNGP» լոգոն՝ պատրաստված սառույցից

Հրավեր Աստվածահայտնության տոնին...

Սառույցի մեքենաներ

Սառույցից պատրաստված շենքեր

Կապիտոլիումի առևտրի կենտրոնի սառցե ձևավորում

սառցե արջ

Սառցե քանդակագործական խումբ «Երեք հերոս»

Chivas Regal Ice Bar

Սառցե բար Զ.Ծերետի թանգարան-արհեստանոցում...

Կյանքի ճանապարհը

Քիրսթեն Ստյուարտը սառույցի վրա.

Սառցե ամրոց Մինեսոտայում

սառեցված փուչիկները

Գոմեշի սառցե լաբիրինթոս

սառցե նորաձեւության ցուցադրություն

Բևեռային արջերը գլորվում են սառույցի վրա

Սառցե քանդակ - Հրեշտակ

Ճայը բռնվել է սառույցի մեջ

SubZero. սառցե ninja