Лед что делает тает

Лёд: классификация, температура, свойства, применение

Лёд – это вода в твердом агрегатном состоянии. Мы часто встречаем его в повседневной жизни: в холодное время лёд сковывает реки и лужи, появляется в виде ледяных узоров на окнах, сосульках на крышах. Мы можем приготовить его в любое время в холодильнике.

Лёд выполняет важную роль на Земле: участвует в круговороте воды в природе, снабжает нашу планету огромным объёмом пресной воды и сдерживает глобальный уровень воды в мировом океане.

Не только вода подвергается замораживанию. Поэтому название «лёд» получили и другие вещества. Например, существует сухой, аммиачный, метановой.

В данной статье мы подробно остановимся на природном кристаллический льде, который получается при замерзании воды. Рассмотрим: уникальные свойства, температуру, плотность, формулу и разновидности льда, которые создаются в лабораторных условиях при разном давлении и температуре.

Что такое лёд

Лёд – (вода в твердом агрегатном состоянии), твердое тело, образующееся из воды при понижении ее температуры до нуля и ниже. Образование происходит в результате кристаллизации – изменения состояния молекулярной решетки. Химическая формула — H2O. Рассмотрим строение молекулы на изображении № 1.

Кристаллическая структура напоминает структуру алмаза. Каждая молекула Н2О связана с тремя молекулами в своём слое и с одной молекулой соседнего слоя.

Лёд в природе

Изучением природных льдов во всех разновидностях на поверхности Земли, атмосфере, гидросфере, литосфере занимается наука – Гляциология.

Рассмотрим подробнее основные виды льда:

Атмосферный

Образуется в атмосфере и на земной поверхности. Выпадает на Землю в виде осадков: снега, инея, града. Также может образовать ледяные облака и туман.

Ледниковый (глетчерный)

Образуется в результате накопления и его последующего преобразования в ледяную массу. Ледники занимают 11 процентов суши. Наибольшая часть ледников расположены в Антарктиде. Самый известный шельфовый ледник Его площадь превышает 500 тыс. км2, а толщина льда достигает 700 м.

Подземный

Находится в верхней части земной коры. Основная масса находится в Северном полушарии. По подсчетам ученых запасы достигают от 0,3 до 0,5 млн км3

Морской

Образуется в море, океане при замерзании воды. Различают следующие виды:

• Припай – прикрепленный к берегу или отмели ледяной покров. Его площадь может достигать от несколько метров до тысячи километров.
• Паковый (многолетний) – морской, толщиной не менее 3 метров.
• Плавучий (дрейфующий) – это айсберги, обломки льдин.

По форме айсберги бывают столообразные и пирамидальные. Часто достигают гигантских размеров. Площадь гигантов уменьшается прогрессивно по мере их продвижения в более низкие широты.

Космический

Ледяной покров можно встретить в солнечной системе: на планетах, спутниках, кометах.

Температура

На Земле практически весь лёд относится к одному виду, названному «обычный кристаллический» или по-научному — лёд Ih.

Кристаллический лёд (Ih) образуется при t от 0 °C и ниже, соленая вода замерзает при t 1,9 °C. При нагревании тает и снова превращается в воду.

Существуют другие виды льда, созданные в экспериментальных условиях. Для них соответствует своя температура и давление. Рассмотрим изображении № 3.

Плотность

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

Одна молекула состоит из трех атомов: двух атомов водорода и одного атома кислорода, которые соединены между собой ковалентной связью.

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

Рассмотрим различия в строении молекулы на изображении № 4.

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

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

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

Физические свойства льда

1. Самое известное свойство – способность таять или расплавляться.
2. Бесцветность и прозрачность. В больших скоплениях пропускает свет и приобретает синеватый оттенок.
3. Твердость (сохраняет форму).
4. Плавучесть (плотность меньше чем воды).
5. Непрочность (хрупкость).
6. Спайность (раскалывается по кристаллографическим направлениям).
7. Необычное свойство – большинство растворенных в воде примесей не передается льду, когда он начинает расти; они вымораживаются.

Виды и фазы

В настоящее время науке известны следующие разновидности и фазы. Подробная информация предоставлена на изображении № 3.

Получение

В современном мире получение льда – процесс доступный. Достаточно взять любую емкость, наполненную водой, поставить на время в морозилку и получить твердое состояние воды.

Ледяной покров появляется при замерзании воды, при температуре от 0°C и ниже. Замерзание начинается с верхнего слоя. В ней образуются микроскопические ледяные иголочки, которые затем смерзаются между собой.

Применение

Лед имеет широкий спектр применения в разных сферах жизнедеятельности:

• для очистки питьевой воды;
• для хранения и охлаждения пищевых продуктов, напитков, медицинских препаратов;
• для изготовления ледяной гидросмеси;
• используют, как материал для строительства жилища;
• для некоторых видов спорта используются катки с искусственным охлаждением;
• помогает изучить прошлое нашей планеты и явлений космоса;
• аморфный вид используют в некоторых научных экспериментах, особенно электронной криомикроскопии.

7 интересных фактов

1. Лед снабжает планету пресной водой и сдерживает глобальный уровень воды в мировом океане
2. Обладает меньшей плотностью, чем вода. Благодаря этому морские жители продолжают свою жизнедеятельность. Большинство других веществ увеличивают свою плотность при замораживании.
3. Способен к самоочищению. Замёрзлая, вода вытесняет примеси которые были в ней растворены.
4. Более 2/3 запасов пресной воды на Земле хранится в ледниках.
5. Существует не только на Земле. Встречается в солнечной системе, на кометах, других планетах.
6. В Антарктиде сосредоточено 90% от всех льдов суши.
7. Общая площадь вечной мерзлоты на Земле — 35 млн км². Грунтовые воды находятся в виде льда, глубина иногда превышает 1000 метров.

Подведём итоги

Лед – одно из уникальных явлений природы на Земле. Он всегда приковывал к себе пристальное внимание. Ученые постоянно проводят исследования в данной области, открывая новые фазы и виды.

Вода на Земле существует в трех агрегатных состояниях: жидком — это ее преимущественное состояние, твердое (лед), газообразное (водяной пар). Благодаря этому происходит круговорот воды в природе и жизнь на Земле.

Источник

Лед тает

В этой статье блога Вольных Ледорубов речь пойдет о природе таяния льда. Почему лед тает, каким образом, при каких условиях и с какой скоростью?

Как известно, вода в окружающей нас среде находится в трех ипостасях – в виде жидкости, в виде пара, и в виде твердого тела (иначе говоря, льда), при этом вода может свободно переходить из твердого агрегатного состояния в жидкое, из жидкого в газообразное, и наоборот, всегда возвращаясь к исходным свойствам.

Нуль градусов по шкале Цельсия (0°С), при условии нормального атмосферного давления в 1 атмосферу (760 мм ртутного столба), является температурным значением фазового перехода воды из жидкого состояния в твердое (кристаллы льда) и, наоборот, из твердого в жидкое. Получается, что при постоянной нулевой температуре вода может быть как льдом, так и жидкостью, а вопрос кристаллизации или таяния заключается лишь в том, в какой начальной фазе состоит вода и какое на нее оказывается воздействие. В этой температурной точке лед продолжает оставаться льдом, а жидкость – жидкостью, если, соответственно, температура окружающего воздуха не поднимется выше нулевой отметки или не опустится ниже нее. В противном случае происходит теплообмен. То есть, нагревание льда при нуле градусов приводит к тому, что его температура уже не повышается – затраченное тепло уходит на разрушение кристаллической структуры льда, а после того, как весь лед растает и станет жидкостью, дальнейшее нагревание обусловит повышение температуры воды. В процессе замерзания дело обстоит ровно наоборот – с понижением окружающей температуры ниже нуля вода кристаллизуется, высвобождая при этом то количество энергии (тепла), которое необходимо для таяния того же объема льда.

Удельная теплота плавления льда достаточно высокая и равна 335 кДж/кг (килоджоулей/килограмм); если сравнить с другими веществами, то у свинца, например, она составляет только 25 кДж/кг, у золота – 66.2, у серебра – 105, у железа – 277. Чтобы было более понятно, скажем, что для превращения 1 кг снега или льда в воду, требуется столько же энергии, сколько необходимо для нагревания 1 литра воды до температуры 80°С . Поэтому, не стоит удивляться тому, что с наступлением весны в затененных участках подолгу может лежать и не таять снег. Если бы лед имел низкую удельную теплоту плавления, он таял бы еще быстрее обычного, а вода в реках и водоемах замерзала бы с наступлением заморозков.

Говоря о таянии льда или кристаллизации жидкой воды, стоит учесть некоторые существенные факторы, влияющие на эти процессы.
Как было уже отмечено, и для первого, и для второго фазового перехода важным условием является давление. Для большинства веществ характерно то, что при фазовом переходе увеличение давления способствует увеличению температуры нагревания. Высокое давление приводит к тому, что атомы вещества начинают уплотняться, соответственно кристаллическая решетка сжимается, следовательно, на ее разрушение требуется больше энергии. Однако в случае с водой зависимость температуры от давления выглядит иначе. Вода, замерзая, превращается в твердое тело (лед), но в отличие от многих веществ, при затвердевании она не уменьшается, а, наоборот, увеличивается в объеме примерно на 9%. Плотность льда меньше плотности воды в жидком виде, при 0°С у льда она составляет 916.7 кг/м3, а у воды – 999.8 кг/м3 (вот почему лед и не тонет в воде), а значит, увеличение давления способствует ускорению перехода воды из твердого состояния в жидкое, что в свою очередь приводит к снижению температуры плавления льда. Например, чтобы снизить температуру плавления льда на 1°С нужно увеличить давление боле чем на 100 кгс/см2 (килограмм-сила/кв.см) или 10 МПа (мегапаскалей).

Зависимость температуры плавления льда от давления

Наглядно зависимость температуры плавления льда от давления можно увидеть на опыте. Через ледяной блок перекидывается нейлоновая нить, а к концам нити привязываются грузы; под давлением нити лед подтаивает, нить опускается, а образовавшаяся вода следом за нитью обратно замерзает. Таким образом, нить постепенно проходит сквозь лед, а сам ледяной блок в то же время остается целым.

Важным условием для образования льда является содержание в воде мельчайших взвесей, которые будут в данном случае являться ядрами ледяных кристаллов (о формировании ледяных кристаллов Вы также можете прочесть в статье « Микроледяные скульптуры »).

Дистиллированная же вода, очищенная от всяких примесей, может оставаться жидкостью и при отрицательной температуре, так как молекулам воды не за что будет зацепиться, чтобы создать кристаллическую решетку, но только в том случае, когда на воду не оказывается воздействие. А если же, к примеру, в сосуд с очищенной водой бросить кусок льда или бутылку с дистиллятом встряхнуть, процесс кристаллизации будет мгновенным, и за несколько секунд вода превратится в лед, благодаря пузырькам воздуха, микрочастицам, попавшим в воду, неровностям на поверхности сосуда.

Дистиллированная вода находясь на больших высотах в виде мельчайших капелек не замерзает даже при очень низких температурах, от -30 °С и ниже.
На фазовые переходы воды влияет также степень ее солености. Морская вода, в отличие от пресной, замерзает всегда при температуре ниже 0°С. Различие температур ее замерзания зависит от концентрации в ней солей, например, при 20%-ной солености температура замерзания составляет около -1°С, а при 40%-ной – чуть выше 2°С.
Концентрация соли снижает и температуру плавления льда. Мы часто с вами видели, как заледенелые проезжие части и пешеходные дорожки посыпали солью. Так вот, соль соединяясь с крупинками верхнего слоя льда, благодаря механическому воздействию, оказываемому нашими ногами и колесами автотранспорта, а также солнечным лучам и ветру, вызывающим подтаивание ледяной корки, образует своего рода смесь. Температура плавления смесей всегда ниже, чем температура плавления отдельных веществ, поэтому лед на дорогах начинает таять незамедлительно. При таянии образуется соленый водный раствор, который помогает растопить лед дальше.

Источник

Слово о льде. Как он образуется и как под него не провалиться.

Как образуется лёд?

На водоёмах области тонкий слой льда может образоваться уже за несколько холодных ночей. Но это происходит не сразу — сначала должна остыть вся вода в водоёме. Из-за высокой удельной теплоёмкости воды это происходит не сразу. Охлаждённые поверхностные водные слои из-за своей более высокой плотности, по сравнению с более тёплыми, опускаются на дно, а тёплые снизу подымаются. И до тех пор пока вся вода не охладится — льда не будет. Температура придонных слоёв в итоге, после образования льда, получается около +4 градусов, а слоёв непосредственно примыкающих к льду — около 0 градусов. Первоначально лёд образуется снизу: верхние слои льда промерзают на холоде до минуса и как только холод дойдёт до границы льда с водой — тут же начинается новое льдообразование.
Поскольку плотность льда ниже плотности воды, то несжимаемая вода давит снизу на лёд и он трескается. Трещины заполняются водой, которая сразу замерзает. В итоге, ледяной панцирь, расширяясь, наползает на берег, образуя торосы. Так что даже в лютый мороз можно попасть ногой( колесом) в ещё незамёрзшую трещину :))
По моим многолетним наблюдениям, лёд, намёрзший таким образом, на наших водоёмах почти никогда не превышает 20см. Дальнейшее его утолщение происходит только из-за оттепелей — замерзания растаявшего снега. В итоге суммарная толщина может достигнуть, в зависимости от величины водоёма, 70-100см. Ледобур мой, иногда, по ручку входит и приходится добуривать стоя на коленях 🙂
Самый прочный это первый, прозрачный лёд. Лёд из замороженого снега — мутный, белый и слабее первого в 1,5 раза. Не бойтесь ступать на прозрачный, тёмный — бойтесь белого, мутного.

Считается, что человека уже выдерживает 4-х сантиметровый лёд, машину — 10см, танк — 25-30см 🙂 Но помните, что при плюсовой температуре лёд слабее такого же при минусовой в 2 раза. Особенно плохо, когда вода сверху тонкого льда — он ещё больше тает.
Я лично считаю, что можно безбоязненно выходить только на 10см т.к. наверняка найдётся место на озере, где толщина меньше 10см( ключи и т. п.)
Если на льду толстый слой снега, то это препятствует дальнейшему льдообразованию и даже в сильный мороз можно выйти на лесное озеро, с которого снег никуда не сдувается, а только накапливается, и провалиться. Также надо учесть, что большой слой снега давит сверху на лёд и он, трескаясь, выпускает воду. Под снегом на таком озере почти всегда вода. Яркий пример — озеро Фигурное(Верхолино) в Орехово. Прошлой зимой под полуметровым и более слоем снега там было 10-15см льда. На крупных озёрах вода под снегом по краям, на мелких — и в центре. Ножки уж точно промочите 🙂

На внутренних водоёмах сейчас, после заморозков, ходить( ездить) можно почти везде. Исключение — большие озёра, такие как Отрадное, Глубокое, Суходольское, Вуокса. В Отрадном и Глубоком лёд разной толщины, на Суходольском — течение, на Вуоксе — ключи. На Финский залив соваться совсем не советую. На Ладоге можно кататься и ходить только в район Чёрного-Леднёво. Это сейчас.
На перспективу:
Опасное место на Ладоге — Кокорево-Краськово — даже не заметите, как понесёт на экскурсию на Валаам :)) Очень опасное место — юг Финского залива, особенно район Лебяжьего — Красной Горки — там из-за постоянного течения ломает лёд всегда и любой толщины и ветром вас унесёт в глухую тёмную ночь 🙂 В Маркизовой луже( залив до дамбы) скоро можно спокойно кататься, но не по фарватеру, где суда ходят.
Откалывается вначале очень большая льдина (несколько кв. км) — сразу и не заметите. Потом волны её быстро ломают на кусочки и на следующий день, если переживёте ночь, вам от льдины останется 15-20 кв.м. 🙂

Как тает лёд?

Лёд любой толщины на наших водоёмах исчезает к концу апреля. Таяние начинается в начале апреля — у берегов, в районе камышей. Стало быть в начале зимы лёд у берега самый прочный, весной он же — самый слабый. Солнце начинает подогревать белую поверхность льда, лёд становится ноздреватый, шершавый. Более тёмные предметы (камыши) прогреваются больше и лёд вокруг них тает. Весной также талая (более тёплая, чем подо льдом) вода стекает с берегов в озёра и тоже подмывает лёд. В результате весной получается, что в центре припай ещё есть, а по берегам уже вода.

Как спасаться, если провалился?

Вначале слабый лёд только трещит. В этом случае нельзя подымать ноги, надо двигаться скользя. Это естественно — ведь если поднимаешь ногу, то другая нога держит вес всего тела — на лёд нагрузки больше. Если лёд всё ж продолжает трещать, то надо ложиться на брюхо и ползти.
Три года назад я в новогоднюю ночь прополз таким образом на животе всё Полянское озеро поперёк (это около 2км). Это заняло 3 часа, на льду был мокрый снег с водой. Выхода не было — кратчайшее расстояние до автобусной остановки к Каннельярви, вокруг никак не обойти. Хотя с утра тогда было холодно и лёд по дороге туда держал спокойно, к вечеру резко потеплело и пошёл дождь со снегом. Но я всё ж выбрался и успел к новогоднему столу : ))
Если провалился с великом — скажи ему прощай и спасайся сам 🙂 Естественно, паниковать не надо. Вода, конечно, ледяная, но холод сразу не чувствуется и, опершись за края пролома можно спокойно обдумать план спасения. Перво-наперво нельзя сразу же грудью наползать на лёд — он будет ломаться, как перед ледоколом. Барахтаясь, ты только увеличиваешь размеры промоины, теряешь силы и способствуешь более быстрому охлаждению организма, судорогам и скорому концу 🙂 Если проём достаточно велик, то надо, уцепившись руками за один край дыры, всплыть и попытаться раздвинутыми в стороны ногами уцепиться за противоположный край. Далее, упираясь руками и ногами, поднять туловище из воды и боком, как человек-паук, отползти в сторону от полыньи. Ползти надо туда, где был до проваливания — там ведь лёд ещё держал. Вставать на ноги пока нельзя, лучше ползком — на лёд нагрузки меньше. Ну и потом обратно по своим следам. Совсем забыл — к провалившемуся подходить нельзя, только ползком и только бросать верёвку.

Вроде всё написал, что хотел. Надеюсь, что моя «инструкция по применению» вам не пригодится. В любом случае можете сказать мне спасибо — ведь писал я её больше двух часов 🙂

Андрей Полуда
Неоднократный призер соревнований
по спортивному рыболовству,
веломеханик и краеевед
аккаунт ВКонтакте

В январе 2009г две группы велосипедистов в один день имели несколько провалов под лед. «Разбор полетов» на форумах: как правильно или неправильно вытаскивали провалившихся, про шильца и спасконцы:

Источник