Kis jégkristály. A jégkristályok titkai. A függőség kialakulása és kialakulása

Sheila, a háborús gólem a letölthető kiegészítőből " Kő fogoly", erőben és képességekben jelentősen eltér minden társától. Kőtestét és különféle hatású kis kristályait fegyverként használja, a nagy kristályok pedig páncélként szolgálnak. Megtalálhatod őket a játék során, szokásos fegyverként, vagy kereskedőktől eladók. A kristályokat az általuk okozott és tükröződő hatások típusa szerint osztják fel: spirituális, természetes, elektromos, jég és tűz. A legjobbak minden típus hibátlan és kivételes kristályai. Nemcsak az alapvető mutatókat változtatják meg, hanem a támadásra, védekezésre, alkatra, erőre is hatással lehetnek... Sok kristály található a Kadash tajgában, ahova Sheila javasolni fogja, hogy menjen el, hogy megtudja, honnan származik és ki volt korábban. , valamint az Orzammar Commons Garintól is eladó.

Kis kristályok Sheila számára Sárkánykorban: Eredet:

Kicsi hibátlan tűzkristály- szilárdság: 32; kár: 7,00; +3% a kritikus esélyhez. közelharci csapás, +4 sebzés bármilyen fegyvertől, +22,5% tűzsebzés.
Kicsi hibátlan jégkristály- szilárdság: 32; kár: 7,00; +2 a páncél behatoláshoz, +10% a kritikus esélyhez. ütés vagy hátraszúrás, +22,5% hideg sebzés.
Kicsi hibátlan elektromos kristály- szilárdság: 32; kár: 7,00; +4 agilityre, +6 támadásra, +22,5% elektromos sebzésre.
Kicsi hibátlan természetes kristály- szilárdság: 32; kár: 7,00; +4 az alkotmányra és az egészség helyreállítására a csatában, +22,5% a természeti erők által okozott sebzésre.
Kis csorba spirituális kristály- szilárdság: 20; kár: 5,50; +5% kár a spirituális mágiából.
Kis repedt spirituális kristály- szilárdság: 20; kár: 5,50; +10% a spirituális mágia okozta sebzésre.

Nagy kristályok Sheila számára a Sárkánykorban: Eredet:

Nagy repedt tűzkristály- karosszéria típusa: 20; páncél: 10,80; +20 tűzállóság.
Nagy repedt jégkristály- karosszéria típusa: 20; páncél: 10,80; +20 hidegállóság.
Nagy repedt elektromos kristály- karosszéria típusa: 20; páncél: 10,80; +20 elektromos ellenállás.
Nagy repedt természetes kristály- karosszéria típusa: 20; páncél: 10,80; +20 a természeti erőkkel szembeni ellenállásra.
Nagyméretű, hibátlan természetes kristály- karosszéria típusa: 32; páncél: 16.20; +1 az alkathoz, +3 a páncélhoz, +40 a természeti erőkkel szembeni ellenálláshoz, +15 a fizikai ellenálláshoz.
Nagy repedt spirituális kristály- karosszéria típusa: 20; páncél: 10,80; +20 ellenállás a szellemmágiával szemben.
Nagy Tiszta Spirituális Kristály- karosszéria típusa: 26; páncélzat: 14,40; +30 a szellemmágiával szembeni ellenállásra, +8% az ellenséges mágia visszaszorítására, +5 a pszichikai ellenállásra.
Nagy, hibátlan spirituális kristály- karosszéria típusa: 32; páncél: 16.20; +1 minden tulajdonságra, +40 a szellemmágiával szembeni ellenállásra, +12% az ellenséges mágia visszaszorítására, +15 a pszichikai ellenállásra.

O. V. Mosin, I. Ignatov (Bulgária)

annotáció Nem szabad alábecsülni a jég jelentőségét a bolygónk életének fenntartásában. A jég nagy hatással van a növények és állatok életkörülményeire és életére, stb különböző típusok emberi gazdasági tevékenység. A víz borítása, a jég alacsony sűrűsége miatt a természetben lebegő képernyő szerepét tölti be, megvédi a folyókat és a tározókat a további fagyástól, és megóvja a víz alatti lakosok életét. A jég különféle célú felhasználása (hóvisszatartás, jégátjárók és izotermikus raktárak építése, tároló létesítmények és bányák jégtöltése) a hidrometeorológiai és mérnöki tudományok számos szekciójának tárgya, mint pl. jégmérnökség, hótechnika, örökfagy. mérnöki, valamint speciális jégfelderítő szolgálatok és jégtörő szállító és hóeltakarítási eszközök tevékenysége. A természetes jeget élelmiszeripari termékek, biológiai és gyógyászati készítmények tárolására, hűtésére használják, amelyhez speciálisan állítják elő és készítik, a jég olvasztásával készített olvadékvizet pedig a népi gyógyászat anyagcsere fokozására, méreganyagok eltávolítására a szervezetből. A cikk a jég új, kevéssé ismert tulajdonságaival és módosulataival ismerteti meg az olvasót.

A jég a víz kristályos formája, amely a legfrissebb adatok szerint tizennégy szerkezeti módosulással rendelkezik. Ezek között vannak kristályos (természetes jég) és amorf (köbös jég) és metastabil módosulatok, amelyek a jég kristályrácsát alkotó hidrogénkötésekkel összekapcsolt vízmolekulák kölcsönös elrendeződésében és fizikai tulajdonságaiban különböznek egymástól. Mindegyik, kivéve amit megszoktunk természetes jég A hatszögletű rácsban kristályosodó I h egzotikus körülmények között jön létre - nagyon alacsony szárazjég és folyékony nitrogén hőmérsékleten és több ezer atmoszféra nagy nyomásán, amikor a vízmolekulában a hidrogénkötések szögei megváltoznak, és a hexagonálistól eltérő kristályrendszerek alakulnak ki. Az ilyen körülmények hasonlítanak az űrbeli állapotokhoz, és a Földön nem fordulnak elő.

A természetben a jeget főként egy kristályos változat képviseli, amely a gyémánt szerkezetére emlékeztető hatszögletű rácsban kristályosodik, ahol minden vízmolekulát a négy legközelebbi molekula vesz körül, amelyek egymástól egyenlő távolságra helyezkednek el, egyenlő távolságra 2,76 angström és elhelyezve. szabályos tetraéder csúcsaiban. Az alacsony koordinációs szám miatt a jég szerkezete retikuláris, ami befolyásolja az alacsony sűrűségét, amely 0,931 g/cm 3 .

A jég legszokatlanabb tulajdonsága a külső megnyilvánulások elképesztő sokfélesége. Ugyanazzal a kristályszerkezettel teljesen másképp nézhet ki, átlátszó jégesők és jégcsapok, bolyhos hópelyhek, sűrű, fényes jégkéreg vagy óriási gleccsertömegek formájában. A jég a természetben kontinentális, úszó, ill földalatti jég, valamint hó és fagy formájában. Az emberi élet minden területén elterjedt. Ha nagy mennyiségben gyűjtik össze, a hó és a jég különleges szerkezeteket képez, amelyek tulajdonságai alapvetően különböznek az egyes kristályok vagy hópelyhek tulajdonságaitól. A természetes jeget elsősorban üledékes-metamorf eredetű jég képezi, amely szilárd légköri csapadékból képződik az utólagos tömörítés és átkristályosodás eredményeként. A természetes jég jellegzetessége a szemcsésség és a sávosodás. A szemcsésség az átkristályosodási folyamatoknak köszönhető; A gleccserjég minden szemcséje szabálytalan alakú kristály, amely szorosan szomszédos a jégtömeg többi kristályával oly módon, hogy az egyik kristály kiemelkedései szorosan illeszkednek egy másik kristály mélyedéseibe. Ezt a fajta jeget polikristályosnak nevezik. Ebben minden jégkristály a legvékonyabb levelek rétege, amelyek a kristály optikai tengelyének irányára merőleges alapsíkban átfedik egymást.

A Föld teljes jégtartalékát körülbelül 30 millióra becsülik. km 3(Asztal 1). A legtöbb jég az Antarktiszon koncentrálódik, ahol rétegvastagsága eléri a 4-et km. Bizonyítékok vannak a jég jelenlétére a Naprendszer bolygóin és az üstökösökben is. A jég annyira fontos bolygónk klímája és a rajta lévő élőlények élőhelye szempontjából, hogy a tudósok különleges környezetet jelöltek ki a jég számára - a krioszférát, amelynek határai magasan a légkörbe és mélyen a földkéregbe nyúlnak.

asztal 1. A jég mennyisége, eloszlása és élettartama.

jég típusa; Súly; Elosztási terület; Átlagos koncentráció, g/cm2; A súlygyarapodás mértéke, g/év; Átlagos élettartam, év
G; %; millió km2; %
gleccserek; 2,4·1022; 98,95; 16,1; 10,9 sushi; 1,48·105; 2,5·1018; 9580
Föld alatti jég; 2·1020; 0,83; 21; 14,1 sushi; 9,52·103; 6·1018; 30-75
Tengeri jég; 3,5·1019; 0,14; 26; 7,2 óceán; 1,34·102; 3,3·1019; 1.05
Hóréteg; 1,0·1019; 0,04; 72,4; 14,2 Föld; 14,5; 2·1019; 0,3-0,5
Jéghegyek; 7,6·1018; 0,03; 63,5; 18,7 óceán; 14,3; 1,9·1018; 4.07
légköri jég; 1,7·1018; 0,01; 510,1; 100 Föld; 3,3·10-1; 3,9·1020; 4·10-3

A jégkristályok formájukban és arányaikban egyedülállóak. Minden növekvő természetes kristály, beleértve a jégkristályt is, mindig arra törekszik, hogy ideális szabályos kristályrácsot hozzon létre, mivel ez a belső energiája minimuma szempontjából előnyös. Bármilyen szennyeződés, mint ismeretes, eltorzítja a kristály alakját, ezért a víz kristályosodásakor először vízmolekulák épülnek be a rácsba, és idegen atomok, szennyező molekulák szorulnak ki a folyadékba. És csak akkor, ha a szennyeződéseknek nincs hova menniük, a jégkristály elkezdi integrálni őket a szerkezetébe, vagy üreges kapszulák formájában hagyja el őket koncentrált, nem fagyos folyadékkal - sóoldattal. Ezért a tengeri jég friss, és még a legpiszkosabb víztesteket is átlátszó ill tiszta jég. Amikor a jég megolvad, kiszorítja a szennyeződéseket a sóoldatba. Bolygói léptékben a víz fagyásának és felolvadásának jelensége, valamint a víz párolgása és lecsapódása egy gigantikus tisztítási folyamat szerepét tölti be, amelyben a Földön a víz folyamatosan megtisztítja magát.

asztal 2. A jég néhány fizikai tulajdonsága I.

Ingatlan

Jelentése

jegyzet

Hőkapacitás, cal/(g °C) Olvadáshő, cal/g Párolgási hő, cal/g

0,51 (0 °C) 79,69 677

A hőmérséklet csökkenésével jelentősen csökken

Hőtágulási együttható, 1/°C

9,1 10-5 (0 °C)

Polikristályos jég

Hővezetőképesség, cal/(cm s °C)

4,99 10 –3

Polikristályos jég

Törésmutató:

1,309 (-3 °C)

Polikristályos jég

Fajlagos elektromos vezetőképesség, ohm-1 cm-1

10-9 (0 °C)

Látszólagos aktiválási energia 11 kcal/mol

Felületi elektromos vezetőképesség, ohm-1

10-10 (-11°C)

Látszólagos aktiválási energia 32 kcal/mol

Young-féle rugalmassági modulus, dyn/cm2

9 1010 (-5 °C)

Polikristályos jég

Ellenállás, MN/m2: zúzás, szakadás, nyírás

2,5 1,11 0,57

Polikristályos jég Polikristályos jég Polikristályos jég

Dinamikus viszkozitás, egyensúly

Polikristályos jég

Aktiválási energia deformáció és mechanikai relaxáció során, kcal/mol

Lineárisan növekszik 0,0361 kcal/(mol °C) 0-ról 273,16 K-re

Megjegyzés: 1 cal/(g °C)=4,186 kJ/(kg K); 1 ohm -1 cm -1 =100 sim/m; 1 din = 10-5 N ; 1 N = 1 kg m/s2; 1 din/cm=10-7 N/m; 1 cal/(cm·s°C)=418,68 W/(m·K); 1 poise = g/cm s = 10 -1 N sec/m 2 .

A jég Földön való széles elterjedése miatt számos természetes folyamatban fontos szerepet játszik a jég fizikai tulajdonságainak (2. táblázat) más anyagok tulajdonságaitól való eltérése. A jégnek számos egyéb életfenntartó tulajdonsága és anomáliája van – sűrűség, nyomás, térfogat, hővezető képesség anomáliái. Ha nem lennének hidrogénkötések, amelyek a vízmolekulákat kristályokká összefognák, a jég –90 °C-on megolvadna. De ez nem történik meg a vízmolekulák közötti hidrogénkötések jelenléte miatt. A jég a víznél kisebb sűrűsége miatt úszó borítást képez a víz felszínén, megvédve a folyókat és a tározókat a fenékfagyástól, mivel hővezető képessége jóval alacsonyabb, mint a vízé. Ebben az esetben a legkisebb sűrűség és térfogat +3,98 °C-on figyelhető meg (1. ábra). A víz további 0 0 C-ra hűtése fokozatosan nem csökkenéshez, hanem térfogatának közel 10%-os növekedéséhez vezet, amikor a víz jéggé alakul. A víznek ez a viselkedése két egyensúlyi fázis – a folyékony és a kvázikristályos – egyidejű fennállását jelzi a vízben, a kvázikristályokhoz hasonlóan, amelyek kristályrácsának nemcsak periodikus szerkezete van, hanem különböző rendű szimmetriatengelyei is vannak, amelyek létezése korábban. ellentmondott a krisztallográfusok elképzeléseinek. Ez az elmélet, amelyet először a híres orosz elméleti fizikus, Ya. I. Frenkel terjesztett elő, azon a feltételezésen alapul, hogy a folyadékmolekulák egy része kvázikristályos szerkezetet alkot, míg a többi molekula gázszerű, szabadon mozog a térfogatban. A molekulák eloszlása bármely rögzített vízmolekula kis közelében bizonyos rendezettséggel rendelkezik, némileg a kristályosra emlékeztet, bár lazább. Emiatt a víz szerkezetét néha kvázikristályosnak vagy kristályszerűnek nevezik, vagyis az atomok vagy molekulák egymáshoz viszonyított elrendezésében szimmetriával és renddel rendelkezik.

Rizs. 1. A jég és a víz fajlagos térfogatának függése a hőmérséklettől

További tulajdonsága, hogy a jég áramlási sebessége egyenesen arányos az aktiválási energiával és fordítottan arányos az abszolút hőmérséklettel, így a hőmérséklet csökkenésével a jég tulajdonságait tekintve abszolút szilárd testhez közelít. Az olvadáshoz közeli hőmérsékleten a jég folyékonysága átlagosan 10 6-szor nagyobb, mint a szikláké. Folyékonyságának köszönhetően a jég nem halmozódik fel egy helyen, hanem folyamatosan, gleccserek formájában mozog. Az áramlási sebesség és a feszültség közötti kapcsolat polikristályos jég esetében hiperbolikus; ha közelítőleg hatványegyenlettel írjuk le, a kitevő a feszültség növekedésével nő.

A látható fényt a jég gyakorlatilag nem nyeli el, mivel a fénysugarak áthaladnak a jégkristályon, de blokkolja az ultraibolya sugárzást és a Nap infravörös sugárzásának nagy részét. A spektrum ezen tartományaiban a jég teljesen feketének tűnik, mivel a fényelnyelési együttható a spektrum ezen tartományaiban nagyon magas. A jégkristályokkal ellentétben a hóra eső fehér fény nem nyelődik el, hanem sokszor megtörik a jégkristályokban, és visszaverődik az arcukról. Ezért fehérnek látszik a hó.

A jég (0,45) és a hó (akár 0,95) nagyon magas visszaverőképessége miatt az általuk borított terület átlagosan évi 72 millió km. km 2 mindkét félteke magas és középső szélességein - a normálnál 65%-kal kevesebb napsugárzást kap, és hatékony hűtési forrás a Föld felszíne, amely nagymértékben meghatározza a modern szélességi éghajlati övezetet. Nyáron a sarkvidékeken nagyobb a napsugárzás, mint az egyenlítői zónában, azonban a hőmérséklet alacsony marad, mivel az elnyelt hő jelentős részét a jég olvadására fordítják, amelynek olvadáshője nagyon magas.

A jég egyéb szokatlan tulajdonságai közé tartozik, hogy növekvő kristályai elektromágneses sugárzást keltenek. Ismeretes, hogy a vízben oldott szennyeződések többsége nem kerül át a jégre, amikor az növekedni kezd; ki vannak fagyva. Ezért a jégfilm még a legszennyezettebb tócsán is tiszta és átlátszó. Ebben az esetben a szilárd és folyékony közeg határán szennyeződések halmozódnak fel, két különböző előjelű elektromos töltésréteg formájában, amelyek jelentős potenciálkülönbséget okoznak. A töltött szennyeződésréteg az alsó határral együtt mozog fiatal jégés elektromágneses hullámokat bocsát ki. Ennek köszönhetően a kristályosodási folyamat részletesen megfigyelhető. Így a tű formájában megnövő kristály mást bocsát ki, mint az oldalirányú folyamatokkal borított, és a növekvő szemcsék sugárzása eltér attól, ami a kristályok megrepedésekor keletkezik. A sugárzási impulzusok alakja, sorrendje, frekvenciája és amplitúdója alapján meghatározható, hogy milyen sebességgel fagy meg a jég, és milyen jégszerkezet képződik.

A jég szerkezetében azonban az a legcsodálatosabb, hogy a szén nanocsövek belsejében alacsony hőmérsékleten és nagy nyomáson lévő vízmolekulák kettős hélix alakba tudnak kristályosodni, ami a DNS-molekulákra emlékeztet. Ezt bizonyították a közelmúltban végzett számítógépes kísérletek amerikai tudósok Xiao Cheng Zeng, a University of Nebraska (USA) vezetésével. Annak érdekében, hogy a víz egy szimulált kísérletben spirált képezzen, 1,35-1,90 nm átmérőjű nanocsövekbe helyezték nagy nyomás alatt, 10-40 000 atmoszféra között és –23 °C hőmérsékleten. Azt várták, hogy a víz minden esetben vékony csőszerű szerkezetet képezzen. A modell azonban azt mutatta, hogy 1,35 nm nanocső átmérővel és 40 000 atmoszféra külső nyomással a jégszerkezetben lévő hidrogénkötések meghajlottak, ami egy kettős - belső és külső - falú spirál kialakulásához vezetett. Ilyen körülmények között kiderült, hogy a belső fal négyszeres spirálba csavarodott, a külső fal pedig négy kettős hélixből állt, hasonlóan egy DNS-molekulához (2. ábra). Ez a tény megerősítheti a kapcsolatot a létfontosságú DNS-molekula szerkezete és magának a víznek a szerkezete között, valamint azt, hogy a víz mátrixként szolgált a DNS-molekulák szintéziséhez.

Rizs. 2. A nanocsövekben lévő fagyott víz szerkezetének számítógépes modellje, amely DNS-molekulára emlékeztet (Fotó a New Scientist magazinból, 2006)

A víz másik legfontosabb tulajdonságát fedezték fel és tanulmányozták Utóbbi időben, hogy a víz képes megjegyezni a múltbeli hatásokról szóló információkat. Ezt először Masaru Emoto japán kutató és honfitársunk, Stanislav Zenin bizonyította be, aki az elsők között javasolta a víz szerkezetének klaszterelméletét, amely egy térfogati poliéder szerkezet ciklikus társulásaiból áll - általános képletű klaszterekből (H 2 O) n, ahol n a legfrissebb adatok szerint elérheti a száz, sőt az ezer egységet is. A vízben lévő klaszterek jelenlétének köszönhetően a víz információs tulajdonságokkal rendelkezik. A kutatók a víz jég mikrokristályokká fagyásának folyamatait fényképezték le, különböző elektromágneses és akusztikus mezőkkel, dallamokkal, imával, szavakkal vagy gondolatokkal befolyásolva azt. Kiderült, hogy a gyönyörű dallamok és szavak formájában megjelenő pozitív információk hatására a jég szimmetrikus hatszögletű kristályokká fagyott. Ahol szabálytalan zene, dühös és sértő szavak szólaltak meg, a víz éppen ellenkezőleg, kaotikus és formátlan kristályokká fagyott. Ez a bizonyíték arra, hogy a víznek különleges szerkezete van, amely érzékeny a külső információs hatásokra. Feltehetően a 85-90%-ban vízből álló emberi agy erős strukturáló hatással bír a vízre.

Az Emoto kristályok egyaránt felkeltik az érdeklődést és a nem kellően megalapozott kritikát. Ha figyelmesen megnézi őket, láthatja, hogy szerkezetük hat csúcsból áll. De egy még alaposabb elemzés azt mutatja, hogy a téli hópelyhek szerkezete azonos, mindig szimmetrikus és hat tetejű. A kristályosodott struktúrák milyen mértékben tartalmaznak információt arról a környezetről, amelyben létrejöttek? A hópelyhek szerkezete lehet szép vagy formátlan. Ez azt jelzi, hogy a kontroll minta (a légkörben lévő felhő), ahonnan származnak, ugyanolyan hatással van rájuk, mint az eredeti körülmények. A kezdeti feltételek a naptevékenység, hőmérséklet, geofizikai mezők, páratartalom stb. Mindez azt jelenti, hogy az ún. átlagos együttes, arra a következtetésre juthatunk, hogy a vízcseppek, majd a hópelyhek szerkezete megközelítőleg azonos. Tömegük közel azonos, és hasonló sebességgel mozognak a légkörben. A légkörben tovább alakítják szerkezetüket, és növekszik a térfogatuk. Még ha a felhő különböző részein alakultak is ki, egy csoportban mindig van bizonyos számú hópelyh, amely szinte azonos körülmények között keletkezett. És a válasz arra a kérdésre, hogy mi minősül pozitív és negatív információnak a hópelyhekről, az Emotóban található. Laboratóriumi körülmények között a negatív információk (földrengés, ember számára kedvezőtlen hangrezgések stb.) nem kristályokat képeznek, hanem pozitív információk, éppen ellenkezőleg. Nagyon érdekes, hogy egy-egy tényező mennyire képes azonos vagy hasonló hópelyhek szerkezetét kialakítani. A víz legnagyobb sűrűsége 4 °C hőmérsékleten figyelhető meg. Tudományosan bizonyított, hogy a víz sűrűsége csökken, ha hatszögletű jégkristályok kezdenek képződni, amikor a hőmérséklet nulla alá süllyed. Ez a vízmolekulák közötti hidrogénkötések eredménye.

Mi az oka ennek a strukturálásnak? A kristályok szilárd anyagok, és az őket alkotó atomok, molekulák vagy ionok szabályos, ismétlődő mintázatba rendeződnek három térbeli dimenzióban. A vízkristályok szerkezete kissé eltérő. Isaac szerint a jégben lévő hidrogénkötések mindössze 10%-a kovalens, azaz. meglehetősen stabil információkkal. Az egyik vízmolekula oxigénje és egy másik hidrogénje közötti hidrogénkötések a legérzékenyebbek a külső hatásokra. A kristályok építése során a víz spektruma idővel viszonylag eltérő. Egy vízcsepp diszkrét elpárologtatásának Antonov és Juskeseljev által bizonyított hatása és a hidrogénkötések energiaállapotától való függése alapján a kristályok szerkezetére kereshetünk választ. A spektrum minden része a vízcseppek felületi feszültségétől függ. A spektrumban hat csúcs található, amelyek a hópehely ágait jelzik.

Nyilvánvaló, hogy Emoto kísérleteiben a kezdeti „kontroll” minta befolyásolja a kristályok megjelenését. Ez azt jelenti, hogy egy bizonyos tényezőnek való kitettség után hasonló kristályok képződésére lehet számítani. Szinte lehetetlen azonos kristályokat előállítani. A "szerelem" szó vízre gyakorolt hatásának tesztelésekor az Emoto nem jelzi egyértelműen, hogy a kísérletet különböző mintákkal végezték-e.

Kettős vak kísérletekre van szükség annak tesztelésére, hogy az Emoto technika kellően differenciált-e. Isaac bizonyítéka, hogy a vízmolekulák 10%-a kovalens kötést hoz létre a fagyás után, azt mutatja, hogy a víz felhasználja ezt az információt, amikor megfagy. Emoto eredménye, kétszeresen vak kísérletek nélkül is, továbbra is nagyon fontos a víz információs tulajdonságait illetően.

Természetes hópehely, Wilson Bentley, 1925

Természetes vízből nyert emoto hópehely

Az egyik hópehely természetes, a másikat Emoto készítette, jelezve, hogy a víz spektrumának sokfélesége nem határtalan.

Földrengés, Szófia, 4,0 Richter-skála, 2008. november 15.,
Dr. Ignatov, 2008©, Prof. Antonov készülék ©

Ez az ábra a kontroll minta és a más napokon vett minták közötti különbséget mutatja. A vízmolekulák megbontják a víz legenergetikusabb hidrogénkötéseit, valamint a spektrum két csúcsát egy természeti jelenség során. A vizsgálatot Antonov készülékkel végezték. A biofizikai eredmény a test élettónusának csökkenését mutatja földrengés során. Egy földrengés során a víz nem tudja megváltoztatni szerkezetét a hópelyhekben Emoto laboratóriumában. Bizonyítékok vannak arra, hogy a víz elektromos vezetőképessége megváltozik földrengés során.

1963-ban a tanzániai iskolás, Erasto Mpemba észrevette, hogy a meleg víz gyorsabban fagy meg, mint a hideg. Ezt a jelenséget Mpemba-effektusnak nevezik. Bár a víz egyedülálló tulajdonságára Arisztotelész, Francis Bacon és Rene Descartes már jóval korábban felfigyelt. A jelenséget számos független kísérlet többszörösen bizonyította. A víznek van egy másik furcsa tulajdonsága is. Véleményem szerint ennek a magyarázata a következő: a forralt víz differenciális nemegyensúlyi energiaspektrumában (DNES) alacsonyabb a vízmolekulák közötti hidrogénkötések átlagos energiája, mint egy szobahőmérsékleten vett mintán, vagyis a forralt víznek szüksége van kevesebb energia a kristályok szerkezetének megkezdéséhez és megfagyásához.

A jég szerkezetének és tulajdonságainak kulcsa a kristály szerkezetében rejlik. A jég minden módosulatának kristályai H 2 O vízmolekulákból épülnek fel, amelyeket hidrogénkötések kötnek össze háromdimenziós hálóvázakká, amelyekben a hidrogénkötések sajátos elrendezése vannak. Egy vízmolekulát egyszerűen elképzelhetünk tetraéderként (háromszög alappal rendelkező piramisként). Középpontjában egy sp 3 hibridizációs állapotú oxigénatom, két csúcsán pedig egy hidrogénatom található, melynek egyik 1s elektronja a kovalens képződésben vesz részt. H-O csatlakozás oxigénnel. A fennmaradó két csúcsot párosítatlan oxigénelektronpárok foglalják el, amelyek nem vesznek részt az intramolekuláris kötések kialakításában, ezért magányosnak nevezik őket. A H 2 O molekula térbeli alakját a hidrogénatomok és a központi oxigénatom magányos elektronpárjainak kölcsönös taszítása magyarázza.

A hidrogénkötés fontos szerepet játszik az intermolekuláris kölcsönhatások kémiájában, és gyenge elektrosztatikus erők és donor-akceptor kölcsönhatások okozzák. Akkor fordul elő, amikor egy vízmolekula elektronhiányos hidrogénatomja kölcsönhatásba lép a szomszédos vízmolekula oxigénatomjának magányos elektronpárjával (O-H...O). Megkülönböztető tulajdonság a hidrogénkötés viszonylag alacsony szilárdságú; 5-10-szer gyengébb, mint a kémiai kovalens kötés. Az energiát tekintve a hidrogénkötés közbenső helyet foglal el a kémiai kötés és a molekulákat szilárd vagy folyékony fázisban tartó van der Waals kölcsönhatások között. A jégkristályban minden vízmolekula egyidejűleg négy hidrogénkötést tud kialakítani más szomszédos molekulákkal, szigorúan meghatározott, 109°47"-os szögben, amelyek a tetraéder csúcsai felé irányulnak, ami nem teszi lehetővé sűrű szerkezet létrehozását a víz megfagyásakor ( 3. ábra). Az I, Ic, VII és VIII jégszerkezetekben ez a tetraéder szabályos. A II, III, V és VI jégszerkezetben a tetraéderek észrevehetően torzultak. A VI, VII és VIII jégszerkezetekben két egymást metsző rendszer A hidrogénkötések ezen láthatatlan váza a vízmolekulákat hálós háló formájában rendezi el, amelyek szerkezete hatszögletű méhsejtre emlékeztet, üreges belső csatornákkal.Ha jeget hevítenek, a háló szerkezete tönkremegy: vízmolekulák kezdenek beleesni a háló üregeibe, ami sűrűbb folyadékszerkezethez vezet - ez megmagyarázza, hogy a víz miért nehezebb a jégnél.

Rizs. 3. Hidrogénkötés kialakulása négy H2O molekula között (a piros golyók a központi oxigénatomokat, a fehér golyók a hidrogénatomokat jelentik)

A hidrogénkötések és a jég szerkezetére jellemző intermolekuláris kölcsönhatások sajátossága megmarad az olvadékvízben, hiszen a jégkristály olvadásakor az összes hidrogénkötésnek csak 15%-a pusztul el. Ezért az egyes vízmolekulák és a jégben rejlő négy szomszédos molekula közötti kapcsolat ("rövid hatótávolságú rend") nem sérül, bár az oxigénvázrács nagyobb elmosódása figyelhető meg. A hidrogénkötések akkor is fennmaradhatnak, amikor a víz felforr. Csak a vízgőzben nincsenek hidrogénkötések.

A légköri nyomáson képződő és 0 °C-on olvadó jég a leggyakoribb, de még mindig nem teljesen ismert anyag. Szerkezetében és tulajdonságaiban sok szokatlannak tűnik. A jég kristályrácsának helyein a vízmolekulák tetraédereinek oxigénatomjai rendezetten helyezkednek el, szabályos hatszögeket alkotva, mint egy hatszögletű méhsejt, és a hidrogénatomok különböző pozíciókat foglalnak el a vízmolekulákat összekötő hidrogénkötéseken. oxigénatomok (4. ábra). Ezért a vízmolekuláknak hat ekvivalens orientációja lehetséges a szomszédokhoz képest. Némelyikük kizárt, mivel két proton egyidejű jelenléte ugyanazon a hidrogénkötésen nem valószínű, de a vízmolekulák orientációjában kellő bizonytalanság marad. Az atomoknak ez a viselkedése atipikus, hiszen egy szilárd anyagban minden atom ugyanannak a törvénynek engedelmeskedik: vagy rendezetten helyezkednek el az atomok, és akkor kristály, vagy véletlenszerűen, majd amorf anyag. Egy ilyen szokatlan szerkezet a jég legtöbb módosításában - Ih, III, V, VI és VII (és nyilván az Ic-ben) is megvalósítható (3. táblázat), a II, VIII és IX jég szerkezetében pedig a vízmolekulák orientációsan rendeződnek. . J. Bernal szerint a jég az oxigénatomokhoz képest kristályos, a hidrogénatomokhoz képest üveges.

Rizs. 4. Természetes hatszög alakú jégszerkezet I h

Más körülmények között, például az űrben magas nyomáson és alacsony hőmérsékleten a jég másképpen kristályosodik, és más kristályrácsokat és módosulatokat (köbös, trigonális, tetragonális, monoklin stb.) képez, amelyek mindegyikének saját szerkezete és kristályrácsa van (táblázat). 3 ). A különféle módosulatú jég szerkezeteit orosz kutatók számították ki, Dr. G.G. Malenkov és Ph.D. a fizikából és matematikából. E.A. Zheligovskaya a Fizikai Kémiai és Elektrokémiai Intézettől. A.N. Frumkin az Orosz Tudományos Akadémiától. Ices II, III és V módosítás hosszú ideig tárolják légköri nyomáson, ha a hőmérséklet nem haladja meg a -170 °C-ot (5. ábra). Körülbelül -150 °C-ra hűtve a természetes jég Ic köbös jéggé alakul, amely kockákból és több nanométeres oktaéderekből áll. A jég I c olykor a víz kapillárisokban való megfagyásakor jelenik meg, amit láthatóan elősegít a víznek a falanyaggal való kölcsönhatása és szerkezetének ismétlődése. Ha a hőmérséklet valamivel magasabb, mint -110 0 C, a fémhordozón sűrűbb és nehezebb, 0,93 g/cm 3 sűrűségű, üvegszerű amorf jég kristályai képződnek. Mindkét jégforma spontán módon hatszögletű jéggé alakulhat, és minél gyorsabban, minél magasabb a hőmérséklet.

asztal 3. A jég néhány módosítása és fizikai paraméterei.

Módosítás

Kristályos szerkezet

Hidrogénkötések hossza, Å

Szögek H-O-N tetraéderekben 0

Hatszögletű

Kocka alakú

Trigonális

Négyszögű

Monoklinika

Négyszögű

Kocka alakú

Négyszögű

Jegyzet. 1 Å = 10 -10 m

Rizs. 5. Különböző módosulatú kristályos jegek állapotának diagramja.

Léteznek még nagynyomású jegek - a hatszögletű hullámos elemek által alkotott üreges méhsejtekből kialakított, egymáshoz képest harmadával eltolt II és III trigonális és tetragonális módosulatok (6. és 7. ábra). Ezek a jegek hélium és argon nemesgázok jelenlétében stabilizálódnak. A jég V monoklin módosulatának szerkezetében a szomszédos oxigénatomok közötti szögek 86 0 és 132° között vannak, ami nagyon különbözik a vízmolekulában lévő kötési szögtől, amely 105 ° 47 '. A tetragonális módosulat VI jege két egymásba illesztett keretből áll, amelyek között nincsenek hidrogénkötések, így testközpontú kristályrács alakul ki (8. ábra). A jég VI szerkezete hexamereken – hat vízmolekulából álló blokkon – alapul. Konfigurációjuk pontosan megismétli egy stabil vízhalmaz szerkezetét, amelyet számítások adnak meg. A köbös módosulat VII. és VIII. jége, amelyek a VII. jég alacsony hőmérsékletű rendezett formái, hasonló szerkezetűek, egymásba illesztett I jégkeretekkel. A nyomás későbbi növekedésével a kristályrács oxigénatomjai közötti távolság jég VIIés VIII csökken, ennek eredményeként kialakul a jég X szerkezete, amelyben az oxigénatomok szabályos rácsban helyezkednek el, a protonok pedig rendezettek.

Rizs. 7. Ice III konfiguráció.

A XI jég az I h jég mélyhűtésével keletkezik lúg hozzáadásával 72 K alatt normál nyomáson. Ilyen körülmények között hidroxilkristály hibák képződnek, ami lehetővé teszi a növekvő jégkristály szerkezetének megváltoztatását. Az Ice XI ortorombikus kristályrácsa a protonok rendezett elrendezésével rendelkezik, és egyidejűleg számos kristályosodási központban képződik a kristály hidroxilhibái közelében.

Rizs. 8. Ice VI konfiguráció.

A jegek között megtalálhatóak a IV. és XII. metastabil formák is, amelyek élettartama másodperc, és a legszebb szerkezetű (9. és 10. ábra). A metastabil jég előállításához I h jeget folyékony nitrogén hőmérsékleten 1,8 GPa nyomásra kell összenyomni. Ezek a jegek sokkal könnyebben képződnek, és különösen stabilak, ha túlhűtött nehéz vizet nyomás alá helyeznek. Egy másik metastabil módosulás - a IX jég a túlhűtés során képződik jég IIIés lényegében annak alacsony hőmérsékletű formája.

Rizs. 9. Ice IV konfiguráció.

Rizs. 10. Ice XII konfiguráció.

A jég utolsó két módosítását - a XIII. monoklinikus és a XIV. ortorombikus konfigurációval - oxfordi (Egyesült Királyság) tudósok fedezték fel a közelmúltban - 2006-ban. Nehéz volt megerősíteni azt a feltételezést, hogy monoklin és ortorombikus rácsos jégkristályoknak kell lenniük: a víz viszkozitása -160 °C hőmérsékleten nagyon magas, és a tiszta túlhűtött víz molekulái nehezen tudnak ilyen mennyiségben összeállni. kristálymagot képezni. Ezt katalizátorral - sósavval - érték el, amely alacsony hőmérsékleten növelte a vízmolekulák mobilitását. A jég ilyen módosulatai a Földön nem képződhetnek, de az űrben, lehűlt bolygókon, megfagyott műholdakon és üstökösökön előfordulhatnak. Így a Jupiter és a Szaturnusz műholdjainak felszínéről érkező sűrűségre és hőáramokra vonatkozó számítások lehetővé teszik, hogy kijelentsük, hogy Ganymedesnek és Callistonak jeges burokkal kell rendelkeznie, amelyben az I., III., V. és VI. jég váltakozik. A Titánon a jegek nem kérget, hanem köpenyt alkotnak, melynek belső rétege VI jégből, egyéb nagynyomású jégekből és klatráthidrátokból áll, a tetején pedig az I h jég található.

Rizs. tizenegy. A hópelyhek sokfélesége és alakja a természetben

Magasan a Föld légkörében alacsony hőmérsékleten a víz tetraéderekből kristályosodik, hatszögletű jeget képezve Ih. A jégkristályok képződésének központja a szilárd porszemcsék, amelyeket a szél a légkör felső rétegeibe emel. A jég embrionális mikrokristálya körül hat szimmetrikus irányban egyedi vízmolekulák alkotta tűk nőnek, amelyeken oldalirányú folyamatok - dendritek - nőnek. A hópehely körüli levegő hőmérséklete és páratartalma azonos, ezért kezdetben szimmetrikus alakú. A hópelyhek kialakulása során fokozatosan a légkör alsóbb rétegeibe esnek, ahol a hőmérséklet magasabb. Itt olvadás következik be, és ideális geometriai alakjuk eltorzul, és különféle hópelyheket képez (11. ábra).

További olvadással a jég hatszögletű szerkezete tönkremegy, és klaszterek ciklikus asszociációi, valamint víz tri-, tetra-, penta-, hexamerei (12. ábra) és szabad vízmolekulák keveréke keletkezik. Az így létrejövő klaszterek szerkezetének tanulmányozása sokszor nagyon nehézkes, mivel a víz a modern adatok szerint különböző semleges klaszterek (H 2 O) n és ezek töltött klaszterionjai [H 2 O] + n és [H 2 O] keveréke. ] - n, amelyek dinamikus egyensúlyban vannak egymással, élettartamuk 10 -11 -10 -12 másodperc.

Rizs. 12. Lehetséges (H 2 O) n összetételű vízklaszterek (a-h), ahol n = 5-20.

A klaszterek a kifelé kiálló hidrogénkötési felületeken keresztül képesek kölcsönhatásba lépni egymással, és bonyolultabb poliédereket képeznek, mint például hexaéder, oktaéder, ikozaéder és dodekaéder. Így a víz szerkezetét az úgynevezett platóni szilárd testekkel (tetraéder, hexaéder, oktaéder, ikozaéder és dodekaéder) kötik össze, amelyek az őket felfedező ókori görög filozófus és geométerről, Platónról kapták a nevét, amelyek alakját az aranymetszés határozza meg. (13. ábra).

Rizs. 13. Platóni testek, amelyek geometriai alakját az aranymetszés határozza meg.

A csúcsok (B), lapok (G) és élek (P) számát bármely térbeli poliéderben a következő összefüggés írja le:

B + G = P + 2

Egy szabályos poliéder csúcsainak számának (B) az egyik lapja éleinek számához (P) egyenlő aránya ugyanazon poliéder lapjai számának (G) az élek számához ( P) egyik csúcsából kilépve. Egy tetraéder esetében ez az arány 4:3, egy hatlapnál (6 lap) és egy oktaédernél (8 lap) 2:1, egy dodekaédernél (12 lap) és ikozaédernél (20 lap) pedig 4:1.

A poliéderes vízklaszterek orosz tudósok által kiszámított szerkezetét modern analitikai módszerekkel igazolták: proton mágneses rezonancia spektroszkópiával, femtoszekundumos lézerspektroszkópiával, röntgen- és neutrondiffrakcióval vízkristályokon. A vízhalmazok felfedezése és a víz információtároló képessége a 21. évezred két legfontosabb felfedezése. Ez egyértelműen bizonyítja, hogy a természetet a szimmetria jellemzi a pontosság formájában geometriai formákés a jégkristályokra jellemző arányok.

IRODALOM.

1. Beljanin V., Romanova E. Élet, a vízmolekula és az arany aránya // Tudomány és Élet, 2004, 10. évf., 3. szám, p. 23-34.

2. Shumsky P.A., A szerkezeti jégtudomány alapjai. - Moszkva, 1955b p. 113.

3. Mosin O.V., Ignatov I. A víz, mint életanyag tudatosítása. // Tudat és fizikai valóság. 2011, T 16, 12. szám, p. 9-22.

4. Petryanov I.V. A világ legkülönlegesebb szubsztanciája Moszkva, Pedagógia, 1981, p. 51-53.

5 Eisenberg D, Kautsman V. A víz szerkezete és tulajdonságai. - Leningrád, Gidrometeoizdat, 1975, p. 431.

6. Kulsky L. A., Dal V. V., Lenchina L. G. Ismerős és titokzatos víz. – Kijev, Rodjanbszki iskola, 1982, p. 62-64.

7. Zatsepina G. N. A víz szerkezete és tulajdonságai. – Moszkva, szerk. Moszkvai Állami Egyetem, 1974, p. 125.

8. Antonchenko V. Ya., Davydov N. S., Ilyin V. V. A vízfizika alapjai - Kijev, Naukova Dumka, 1991, p. 167.

9. Simonite T. DNS-szerű jég "látott" szén nanocsövek belsejében // New Scientist, V. 12, 2006.

10. Emoto M. A víz üzenetei. Titkos kódok jégkristályok. - Szófia, 2006. p. 96.

11. Zenin S.V., Tyaglov B.V. A hidrofób kölcsönhatás természete. Orientációs mezők megjelenése vizes oldatokban // Journal of Physical Chemistry, 1994, T. 68, No. 3, p. 500-503.

12. Pimentel J., McClellan O. Hidrogénkötés - Moszkva, Nauka, 1964, p. 84-85.

13. Bernal J., Fowler R. A víz és az ionos oldatok szerkezete // Uspekhi Fizicheskikh Nauk, 1934, T. 14, No. 5, p. 587-644.

14. Khobza P., Zahradnik R. Intermolekuláris komplexek: Van der Waals rendszerek szerepe a fizikai kémiában és a biodiszciplinákban. – Moszkva, Mir, 1989, p. 34-36.

15. Pounder E. R. A jég fizikája, ford. angolról - Moszkva, 1967, p. 89.

16. Komarov S. M. Magas nyomású jégminták. // Kémia és Élet, 2007, 2. sz., 48-51.

17. E. A. Zheligovskaya, G. G. Malenkov. Kristályos jégkrém // Uspekhi khimii, 2006, 75. sz., p. 64.

18. Fletcher N. H. A jég kémiai fizikája, Cambreage, 1970.

19. Nemukhin A.V. Klaszterek sokfélesége // Russian Chemical Journal, 1996, T. 40, No. 2, p. 48-56.

20. Mosin O.V., Ignatov I. A víz szerkezete és a fizikai valóság. // Tudat és fizikai valóság, 2011, T. 16, No. 9, p. 16-32.

21. Ignatov I. Bioenergetikai gyógyászat. Az élőanyag eredete, a víz emléke, a biorezonancia, a biofizikai mezők. - GayaLibris, Szófia, 2006, p. 93.

jégkristályok

Alternatív leírások

Légköri jelenség

A csapadék típusa

Téli művész festés egy festékkel

fagy

Levegőnedvesség kristályos kondenzátuma

időjárási jelenség

Szürke haj a fán

Kék, kék, a vezetékeken fekve (dal)

Jégkristályok rétege hűtött felületen

Hűtőfelületen párolgás következtében vékony jégkristályréteg alakult ki

Hűtő felületen vékony hóréteg

A levegőben lévő vízgőzből jégkristályok keletkeznek

. "zsibbadt" harmat

Orosz hűtő márkájú

A párolgás következtében vékony hóréteg alakult ki

Csapadék

Kék kanapé burgonya a vezetékeken

. „És nem hó és nem jég, hanem ezüsttel távolítja el a fákat” (rejtvény)

Fehér csapadék

Dér a vezetékeken

Csapadék a fákon

Télen takarja a fákat

Téli ruhák fa

hó harmat

Havas nedvesség

Téli rajtaütés a lucfenyőkön

Hófehér csapadék

Csipke fagy

Hóesés

Téli razzia

. „fehérség” a fákon

Téli csapadék

Télen beborítja a fákat

Fagyott gőzök

Kék kanapéburgonya (dal)

Fagyasztott gőz

Fák téli öltözete

Fehér téli rojt

Kék-kék lefektették a vezetékekre

. "harmat" télen

Hóharmat

Csapadék a vezetékeken

Télen a fákon

Kék lefeküdt a vezetékekre

Vékony hóréteg

Hó az ágakon és a vezetékeken

. "és a luc át... kizöldül"

Kék kanapéburgonya (dal)

Fán ezüstözött

Csapadék télen

Kék csapadék a vezetékeken (dal)

A fagy másik neve

Frost lényegében

. "Amint belépsz a küszöbbe, mindenhol..."

Fagy dióhéjban

Fagy egy hideg éjszaka után

. "fagyhalom"

Majdnem hó

Hórojt

fagyott harmat

Majdnem ugyanaz, mint a fagy

Reggel majdnem havazik

Dér a vezetékeken a dalban

Téli perem a bokrokon

fagyott gőz

téli harmat

Téli takaró bokrok

. „szürke haj” az ágakon

. "fagyos pihe"

Vékony jégréteg

Vékony hóréteg

Téli "szürke haj"

A bokrok téli borítása

Amelyik a vezetékeken feküdt

Jég az ágakon

Fagy a fákon

Téli ezüst a fákon

Goncharova festménye

Amit ősszel le kell tépned az autóról

téli fagy

fagyott gőz

Légköri jelenség

Hűtőfelületen párolgás következtében vékony jégkristályréteg alakult ki

. "És a lucfenyő át... kizöldül"

. "Amint belépsz a küszöbbe, mindenhol..."

. "fagyos halom"

. "fagyos pihe"

. "Befagyott" harmat

. "harmat" télen

. "Szürke haj" az ágakon

. "Kék kék... feküdj le a vezetékekre"

. „És nem hó és nem jég, hanem ezüsttel távolítja el a fákat” (rejtvény)

. "Fehérség" a fákon

Téli "szürke haj"

Megfagyott gőzök, nedvesség a levegőben, amely a levegőnél hidegebb tárgyakra rátelepszik és rájuk fagy, ami súlyos fagyok után következik be. A légzéstől fagy telepszik a szakállra és a gallérra. A fákon vastag fagy, kurzha, lombik. Fagy a gyümölcsön, izzadt tompaság. Bolyhos dér a vödörbe. Nagy fagy, hódombok, mélyen fagyott talaj, gabonatermesztéshez. Nagy fagy egész télen, nehéz nyár az egészségnek. Aggeus és Dániel prófétán fagy van, meleg karácsonyi idő és december. Nikia Gergelyén január) fagy a szénakazalokon - egy nedves évre. Fagyos, dérrel borított; fagyos; bőséges fagy. Fagyos, fagyos, de kisebb mértékben. A fagyos faágakat a fagy súlya törte le. Fagy vagy fagy, fagy, fagy?, fagy borítja be. A kunyhó sarkai fagyosak és fagyosak, fagyosra fordul

fagyott harmat

Kék-kék, lefektetve a vezetékekre

. "Kék-kék... feküdj le a vezetékekre"

Sokszor hallottunk már a víz egyedülálló tulajdonságairól. Ha a „színtelen és szagtalan folyadéknak” nem lennének különleges tulajdonságai, akkor az élet jelenlegi formájában lehetetlen lenne a Földön. Ugyanez mondható el a víz szilárd formájáról - a jégről. A tudósok most újabb titkát fedezték fel: egy most publikált tanulmányban a szakértők végre meghatározták, hogy pontosan hány molekulára van szükség egy jégkristály elkészítéséhez.

Egyedülálló kapcsolat

Nagyon sokáig tartana felsorolni a víz csodálatos tulajdonságait. Folyadékok és szilárd anyagok közül a legnagyobb fajlagos hőkapacitással rendelkezik, kristályos formájának - vagyis a jégnek - sűrűsége kisebb, mint a folyékony víz sűrűsége, tapadóképessége ("ragadó"), nagy felületi feszültsége - mindez, ill. sokkal inkább lehetővé teszi számára az élet létezését a Földön.

A víz egyediségét a hidrogénkötéseknek, pontosabban azok számának köszönheti. Segítségükkel egy H 2 O molekula „kötődhet” négy másik molekulával. Az ilyen „érintkezések” észrevehetően gyengébbek, mint a kovalens kötések (a „szabályos” kötések típusa, amelyek például a hidrogén- és oxigénatomokat tartják össze egy vízmolekulában), és az egyes hidrogénkötések külön-külön megszakítása meglehetősen egyszerű. De a vízben sok ilyen kölcsönhatás van, és együtt észrevehetően korlátozzák a H 2 O molekulák szabadságát, megakadályozva, hogy túl könnyen elkülönüljenek „elvtársaiktól”, mondjuk hevítés közben. A hidrogénkötések mindegyike a másodperc jelentéktelen töredékéig létezik - folyamatosan megsemmisülnek és újra keletkeznek. Ugyanakkor a legtöbb vízmolekula bármikor kölcsönhatásba lép a „szomszédjaival”.

A hidrogénkötések felelősek a víz szokatlan viselkedéséért is a kristályosodás, vagyis a jégképződés során. Az óceán felszínén lebegő jéghegyek, jégkéreg az édesvízben – mindezek a jelenségek nem lepnek meg minket, mert születésünktől fogva hozzászoktunk hozzájuk. De ha a Földön a fő folyadék nem víz lenne, hanem valamilyen más folyadék, akkor sem korcsolyapályák, sem jéghorgászat egyáltalán nem léteznének. A folyékonyból szilárd állapotba való átmenet során szinte minden anyag sűrűsége növekszik, mert a molekulák „közelebb” kerülnek egymáshoz, vagyis térfogategységenként több van belőlük.

A vízzel más a helyzet. 4 Celsius-fokig a H 2 O sűrűsége fegyelmezetten növekszik, de e határ átlépésekor hirtelen 8 százalékkal csökken. A fagyott víz térfogata ennek megfelelően növekszik. A régóta nem javított csövekkel rendelkező házak lakói vagy azok, akik az alacsony alkoholtartalmú italokat a fagyasztóban felejtették, jól ismerik ezt a funkciót.

A folyékony állapotból szilárd állapotba való átmenet során a víz sűrűségének rendellenes változásának oka ugyanazon hidrogénkötésekben rejlik. A jég kristályrácsa méhsejtre hasonlít, amelynek hat sarkában vízmolekulák helyezkednek el. Hidrogénkötésekkel kapcsolódnak egymáshoz, hosszuk meghaladja a „szabályos” kovalens kötés hosszát. Ennek eredményeként a megszilárdult H 2 O molekulái között több üres tér van, mint közöttük folyékony állapotban, amikor a részecskék szabadon mozogtak és nagyon közel tudtak kerülni egymáshoz. Például a víz folyékony és szilárd fázisaiban lévő molekulák elrendezésének vizuális összehasonlítása látható.

A víz kivételes tulajdonságai és különleges jelentősége a Föld lakói számára biztosították, hogy a tudósok állandó figyelmet kapjanak. Nem lenne túlzás azt állítani, hogy a két hidrogénatom és egy oxigénatom vegyülete a bolygó legalaposabb tanulmányozott anyaga. Mindazonáltal azok a szakemberek, akik a H 2 O-t választották érdeklődési körüknek, nem maradnak munka nélkül. Például mindig tanulmányozhatják, hogy valójában a folyékony víz hogyan válik szilárd jéggé. A kristályosodási folyamat, amely minden tulajdonságban ilyen drámai változásokhoz vezet, nagyon gyorsan megy végbe, és sok részlete még mindig ismeretlen. A magazin utolsó számának megjelenése után Tudomány Egy rejtély kevesebb: a tudósok most már pontosan tudják, hány vízmolekulát kell egy pohárba tenni, hogy a hidegben a tartalma ismerős jéggé váljon.

Különféle jég

Az előző mondatban szereplő „szokásos” szót stilisztikai okokból nem használták. Ezt hangsúlyozza arról beszélünk kristályos jégről - ugyanaz, hatszögletű ráccsal, amely hasonlít a méhsejthez. Bár az ilyen jég csak a Földön gyakori, a végtelen csillagközi térben egy egészen más jégforma dominál, amelyet a harmadik bolygón főleg laboratóriumokban nyernek a Napból. Ezt a jeget amorfnak nevezik, és nincs szabályos szerkezete.

Amorf jég a folyékony víz nagyon gyorsan (ezredmásodperceken belül vagy még gyorsabban) és nagyon erős (120 Kelvin alatt - mínusz 153,15 Celsius fok) hűtésével nyerhető. Ilyen szélsőséges körülmények között a H2O-molekuláknak nincs idejük rendezett struktúrába szerveződni, és a víz viszkózus folyadékká alakul, amelynek sűrűsége valamivel nagyobb, mint a jégé. Ha a hőmérséklet alacsony marad, a víz nagyon sokáig amorf jég formájában maradhat, de felmelegedéssel a kristályos jég ismertebb állapotává válik.

A szilárd vízformák változatai nem korlátozódnak az amorf és hatszögletű kristályos jégre - ma a tudósok összesen több mint 15 típusát ismerik. A Földön legelterjedtebb jeget I h-nak hívják, de a légkör felső rétegeiben találhatunk I c jeget is, melynek kristályrácsa a gyémánthoz hasonlít. A jég egyéb módosulásai lehetnek trigonálisak, monoklinikusak, köbösek, ortorombikusak és pszeudoortorombikusak.

Bizonyos esetekben azonban nem következik be fázisátalakulás e két állapot között: ha túl kevés a vízmolekula, akkor ahelyett, hogy szigorúan szervezett rácsot alkotnának, „szívesebben” kevésbé rendezett formában maradnak. „Bármely molekulaklaszterben a felszíni kölcsönhatások versenyeznek a klaszteren belüli kölcsönhatásokkal” – magyarázta az új munka egyik szerzője, a Göttingeni Egyetem Fizikai Kémiai Intézetének munkatársa, Thomas Zeuch a Lenta.ru-nak. "Kisebb klaszterek esetében energetikailag kedvezőbbnek bizonyul "A klaszter felületének struktúrájának lehető legnagyobb mértékű optimalizálása, semmint kristályos "mag" kialakítása. Ezért az ilyen klaszterek amorfok maradnak."

A geometria törvényei azt diktálják: a klaszter méretének növekedésével csökken a felszínre kerülő molekulák aránya. Egy bizonyos ponton a kristályrács kialakulásából származó energetikai előny meghaladja a molekulák optimális elrendezésének előnyeit a klaszter felületén, és fázisátalakulás következik be. De a tudósok nem tudták, hogy pontosan mikor jön el ez a pillanat.

A göttingeni Dinamikai és Önszerveződési Intézetből Udo Buck professzor vezetésével dolgozó kutatócsoportnak sikerült választ adnia. A szakértők ezt kimutatták minimális szám A jégkristályt képező molekulák száma 275, plusz-mínusz 25.

Vizsgálatuk során a tudósok olyan infravörös spektroszkópiai módszert alkalmaztak, amelyet úgy módosítottak, hogy a kimenet meg tudja különböztetni azokat a spektrumokat, amelyeket a vízcsoportok alkotnak, amelyek mérete mindössze néhány molekulával különbözik egymástól. A szerzők által megalkotott technika 100-1000 molekulát tartalmazó klasztereknél ad maximális felbontást - és ebben az intervallumban van, ahogyan azt hitték, hogy a „küszöb” szám, amely után kezdődik a kristályosodás.

A tudósok amorf jeget készítettek úgy, hogy a héliummal kevert vízgőzt egy nagyon vékony lyukon keresztül egy vákuumkamrába vezették. Az apró lyukon átpréselődve a víz és a héliummolekulák folyamatosan ütköztek egymással, és ebben a zúzódásban elvesztették kinetikus energiájuk jelentős részét. Ennek eredményeként a már „megnyugodott” molekulák bejutottak a vákuumkamrába, és könnyen csoportosultak.

A vízmolekulák számának változtatásával és a kapott spektrumok összehasonlításával a kutatóknak sikerült kimutatniuk a jég amorf formájából a kristályos formába való átmenet pillanatát (e két forma spektruma igen jellegzetes különbségeket mutat). A tudósok által kapott dinamika jó egyezést mutatott az elméleti modellekkel, amelyek azt jósolják, hogy az „X pont” áthaladása után a kristályrács kialakulása a klaszter közepén kezdődik, és átterjed annak szélére. A kristályosodás elkerülhetetlenségének jele (ismét az elméleti kutatások szerint) egy hat molekulából álló gyűrű kialakulása, amelyeket hidrogénkötések kötnek össze – pontosan ez történik, ha a klaszterben lévő molekulák összlétszáma 275 lesz. A molekulák számának további növekedése a rács fokozatos tágulásához vezet, és a 475 darabos szakaszban egy jéghalmaz spektruma már teljesen megkülönböztethetetlen a közönséges kristályos jég által keltett spektrumtól.

„Az amorf állapotból kristályos állapotba mikroszinten történő fázisátmenet mechanizmusát még nem vizsgálták részletesen” – magyarázza Zeuch. „Kísérleti adatainkat csak elméleti előrejelzésekkel tudjuk összehasonlítani – és ebben az esetben az egyetértés kiderült, hogy most, a jelenlegi eredményekből kiindulva "elméleti kémikusokkal együtt folytathatjuk a fázisátalakulás tanulmányozását, és különösen azt próbáljuk kideríteni, hogy milyen gyorsan megy végbe."

Buck és munkatársai munkája a „tisztán fundamentális” kategóriába tartozik, bár ennek is vannak gyakorlati perspektívái. A szerzők nem zárják ki, hogy a jövőben az alkalmazott területeken is igény mutatkozhat az általuk megalkotott vízklaszterek tanulmányozására szolgáló technológiára, amely lehetővé teszi, hogy több molekula összeadásakor különbségeket lehessen látni. „Cikkünkben a technológia összes kulcsfontosságú komponensét ismertettük, így elvileg könnyen adaptálható más semleges molekulák klasztereinek vizsgálatára, azonban a lézeres tervezés alapelveit már 1917-ben megértették, és az első lézer csak az 1960-as években jött létre” – figyelmeztet Zeuch a túlzott optimizmusra.