Все знают, что лёд — это вода в твёрдом агрегатном состоянии. Но мало кто догадывается, что видов льда очень-очень много! На сегодняшний день известны три аморфных разновидности и 17 кристаллических модификаций льда! Большая часть из них существует при больших отрицательных температурах и при очень высоких давлениях, см. диаграмму фазовых состояний:
На фазовой диаграмме видно, что около обычных земных условий существуют всего два вида льда — Ih и Ic (а также собственно жидкая вода и газообразная). Рассмотрим виды льда, встречающиеся на Земле, более подробно.
Лёд Ih — это обычный шестиугольный (или гексагональный, откуда индекс h) лёд, составляющий большую часть всего льда на Земле. Стабилен при температурах до −200 °C и давлении 0,2 ГПа и имеет ряд особенностей, благодаря некоторым из которых и возможно поддержание жизни на земле.
Так, например, его плотность при нуле градусов Цельсия ниже плотности воды при той же температуре. Поэтому лёд легче воды и образуется на поверхности водоёмов, что препятствует их дальнейшему замерзанию. А высокая удельная теплота плавления льда, равная 330 кДж/кг, служит важным фактором в обороте тепла на Земле. Так, чтобы растопить 1 кг льда или снега, нужно столько же теплоты, чтобы нагреть литр воды от 0 до 80 градусов Цельсия.
Iс — кубическая кристаллическая разновидность льда. Существует при температурах около 100 K, иногда встречается в верхних слоях атмосферы. Считается, что редкое гало Шайнера, которое видимо под углом 28° от Солнца, связано со льдом Ic, так как кристаллы шестиугольного льда не могут создать гало такого радиуса.
Лёд Isd — форма льда, промежуточная между кубическим и шестиугольным льдом. Встречается в высоких перистых облаках и в инверсионных следах самолётов, состоит из аморфного льда низкой плотности — смешанных кристаллов, расположенных неупорядоченно. Из этого льда в высоких слоях атмосферы образуются треугольные снежинки:
Про некоторые другие виды льда предполагается, что в естественных условиях они могут существовать на других планетах, где температура ниже, а давление намного выше. Например, согласно данным NASA, самый большой спутник Сатурна, Титан, окружён оболочкой из водяного льда — особого типа, называемого льдом-VI, который встречается только при чрезвычайно высоких давлениях. Однако другие типы льда могут встречаться и в земных условиях. Например, лёд-XVII, или квадратный лёд. Он получается, если зажать воду между двумя слоями графена при комнатной температуре, и, возможно, может встречаться в природе в расщелинах камней и почвы. Или лёд-VII, который получается из воды или льда-VI под давлением при комнатной температуре.
Большая часть из других известных видов льда образуется в условиях, далёких от нормальных: в зоне пониженных температур или высоких давлений. Кроме того, есть несколько дополнительных фаз, предсказанных теоретически. Хотя эти виды льда не встречаются на Земле в нормальных условиях, они могут встречаться на других планетах, в том числе вне Солнечной системы, и, возможно, помогут лучше понять их внутреннее строение.
Смотрите новые видео на youtube.com/@PhysFromPobed
Приобретайте наши конструкторы на fizikits.ru