Водяной лед что это

Водный лед широко распространен в природе и часто применяется для целей охлаждения. Свойства льда позволяют использовать его в качестве накопителя энергии без применения холодильных машин. Использование некоторых уникальных особенностей льда позволяет расширить сферу его применения.

При нормальном давлении (0,101 МПа) водный лед тает при температуре 0 0 С. Теплота плавления при этой температуре равна 335 кДж/кг. Запасенная тепловая энергия льда при переходе из твердого состояния в жидкое, при неизменной нулевой температуре, эквивалентна затрате энергии на нагрев этого количества льда от 0 0 С до 80 0 С. Чтобы растопить тонну льда, затраты без учета потерь составят 93,13 кВт•ч тепловой энергии. Плотность льда при 0 0 С на 9% меньше плотности воды и с изменением температуры изменяется по зависимости ρ_л≈ 917 (1 – 0,00015t) кг/м 3 ; теплоемкость льда равна с_л ≈ 2,12 + 0,008t кДж/кг•К; теплопроводность — ≈ 2,22 (1 – 0,0015t) Вт/м•К. Испарение твёрдого льда (взгонка) также происходит с поглощением тепловой энергии, которая равна сумме удельной теплоты плавления льда и удельной теплоты испарения воды; при 0°С и составляет: L_воз = 33,3·10 4 + 250·10 4 = 283,3·10 4 Дж/кг.

Лед, как и вода имеет некоторые интересные аномальные особенности. Для состояний выше тройной точки при увеличении давления температура плавления его снижается. При умеренных давлениях dP/dT_n ≈ -12,7. Эти свойства водного льда позволяет нам брикетировать снежный лед при околонулевой температуре и кататься на коньках по льду. В результате давления коньков на лед снижается температура его плавления и образуется слой воды-смазки.

Растворение в чистой воде, например, солей в процессе образования льда или снега позволяет снизить температуру замерзания (таяния). При этом снижается и теплота фазового перехода жидкость – твёрдое тело. Например, раствор вода+поваренная соль в эвтектической точке имеет температуру таяния уже только 129750 Дж/кг. Смесь поваренной соли с водой при образовании льда позволяет получить температуру таяния до -21,2С, а хлористый кальций в составе замороженного водного раствора позволяет снизить температуру до -55С. В холодильной технике используется много водных растворов, позволяющих получить широкий диапазон температур таяния льда при атмосферном давлении. Водный лед можно получить путем намораживания воды или её растворов в зимнее время или с помощью специальных льдообразующих холодильных установок.

1″ :pagination=»pagination» :callback=»loadData» :options=»paginationOptions»>

Источник

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

Самое известное свойство – способность таять или расплавляться.
Бесцветность и прозрачность. В больших скоплениях пропускает свет и приобретает синеватый оттенок.
Твердость (сохраняет форму).
Плавучесть (плотность меньше чем воды).
Непрочность (хрупкость).
Спайность (раскалывается по кристаллографическим направлениям).
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

Лед снабжает планету пресной водой и сдерживает глобальный уровень воды в мировом океане
Обладает меньшей плотностью, чем вода. Благодаря этому морские жители продолжают свою жизнедеятельность. Большинство других веществ увеличивают свою плотность при замораживании.
Способен к самоочищению. Замёрзлая, вода вытесняет примеси которые были в ней растворены.
Более 2/3 запасов пресной воды на Земле хранится в ледниках.
Существует не только на Земле. Встречается в солнечной системе, на кометах, других планетах.
В Антарктиде сосредоточено 90% от всех льдов суши.
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

Водяной лед

Химическая промышленность

В коммунальном хозяйстве. Техническая соль

В медицине

Применение

В пищевой промышленности и кулинарии используют хлорид натрия, чистота которого должна быть не менее 97%. Его применяют как вкусовую добавку и для консервирования пищевых продуктов. Такой хлорид натрия имеет товарное названиеповаренная соль, порой также употребляются названия пищевая, столовая, а также уточнение названия в зависимости от её происхождения — каменная, морская, и по составу добавок — йодированная, фторированная и т. д. Такая соль является кристаллическим сыпучим продуктом с солёным вкусом без привкуса, без запаха (за исключением йодированной соли), в котором не допускаются посторонние примеси, не связанные с методом добывания соли. Кроме хлорида натрия, поваренная соль содержит небольшое количество солей кальция, магния, калия, которые придают ей гигроскопичности и жёсткости. Чем меньше этих примесей в соли, тем выше её качество.

Изотонический растворхлорида натрия в воде (0,9%) применяется как дезинтоксикационное средство, для коррекции состояния систем организма в случае обезвоживания, как растворитель других лекарственных препаратов. Гипертонические растворы (10% р-р) используют для поднятия давления при кровотечениях, в состояниях, характеризующихся дефицитом ионов натрия и хлора, при отравлении нитратом серебра, для обработки гнойных ран (местно). В офтальмологии как местное средство раствор хлорида натрия обладает противоотёчным действием.

Зимой хлорид натрия, смешанный с другими солями, песком или глиной— так называемая техническая соль — применяется как антифриз против гололеда. Ею посыпают тротуары, хотя это отрицательно влияет на кожаную обувь и техническое состояние автотранспорта в виду коррозийных процессов.

Соль, наряду с каменным углем, известняками и серой, образует «большую четвёрку» продуктов минерального сырья, которые являются важнейшими для химической промышленности. Из неё получают соду, хлор, соляную кислоту, гидроксид натрия, сульфат натрия и металлический натрий.

Группа №3: Вещества с молекулярной кристаллической решеткой

В природных условиях Земли вода образует кристаллы одной кристаллической модификации — гексагональной сингонии. Во льду каждая молекула Н2O окружена четырьмя ближайшими к ней молекулами, находящимися на одинаковых расстояниях от неё, и размещённых в вершинах правильного тетраэдра.

Ажурная кристаллическая структура льда приводит к тому, что его плотность, равная 916,7 кг/м³ при 0 °C, ниже плотности воды (999,8 кг/м³) при той же температуре. Поэтому вода, превращаясь в лёд, увеличивает свой объём примерно на 9%. Лёд, будучи легче жидкой воды, образуется на поверхности водоёмов, что препятствует дальнейшему замерзанию воды.

Высокая удельная теплота плавления льда, равная 330 кДж/кг, (для сравнения — удельная теплоты плавления железа равна 270 кДж/кг), служит важным фактором в обороте тепла на Земле. Так, чтобы растопить 1 кг льда или снега, нужно столько же тепла, сколько требуется, чтобы нагреть литр воды от 0 до 80 °C

Лёд встречается в природе в виде собственно льда (материкового, плавающего, подземного), а также в виде снега, инея и т. д. Под действием собственного веса лёд приобретает пластические свойства и текучесть.

Природный лёд обычно значительно чище, чем вода, так как при кристаллизации воды в первую очередь в решётку встают молекулы воды (см.зонная плавка). Лёд может содержать механические примеси — твёрдые частицы, капельки концентрированных растворов, пузырьки газа. Наличием кристалликов соли и капелек рассола объясняется солоноватость морского льда.

«Сухой лёд»

— твёрдая двуокись углерода (СO₂), при обычных условиях (атмосферном давлении и комнатной температуре) переходящая в парообразное состояние, минуя жидкую фазу.

По внешнему виду напоминает лёд (отсюда название). Температура сублимации при нормальном давлении — минус 78,5˚ С. Технический «сухой лёд» имеет плотность около 1560 кг/м³, при возгонке (перехде в газообразное состояние) поглощает большое количество теплоты.

Вырабатывается на углекислотных установках. Используется для охлаждения пищевых продуктов (например, мороженого) при их транспортировке и хранении, в научно-исследовательских работах для получения низких температур, при испытаниях и сборке некоторых агрегатов в машиностроении и т. д.

Сухой лёд (диоксид углерода) — низкотемпературный продукт, получаемый из жидкой или газообразной двуокиси углерода. Нетоксичен, не проводит электричество. Цвет — белый.

Источник