პატარა ყინულის კრისტალი. ყინულის კრისტალების საიდუმლოებები. დამოკიდებულების გაჩენა და განვითარება
Sheila, War Golem ჩამოსატვირთი დანამატიდან " ქვის პატიმარი”, მნიშვნელოვნად განსხვავდება ყველა თანამგზავრისგან სიმძლავრითა და უნარებით. ის იარაღად იყენებს თავის ქვის სხეულს და პატარა კრისტალებს სხვადასხვა ეფექტებით, ხოლო დიდი კრისტალები ემსახურება მის ჯავშანს. თქვენ შეგიძლიათ იპოვოთ ისინი თამაშის გავლის დროს, ისინი გვხვდება როგორც ჩვეულებრივი იარაღი, ან იყიდება ვაჭრებისგან. კრისტალები იყოფა გამოყენებული და ასახული ეფექტების ტიპის მიხედვით: სულიერი, ბუნებრივი, ელექტრო, ყინული და ცეცხლი. საუკეთესოა თითოეული ტიპის უნაკლო და განსაკუთრებული კრისტალები. ისინი არა მხოლოდ ცვლიან საბაზისო სტატისტიკას, არამედ შეუძლიათ გავლენა მოახდინონ შეტევაზე, დაცვაზე, კონსტიტუციაზე, ძალაზე... ბევრი კრისტალები შეგიძლიათ ნახოთ Kadash Thai-ში, სადაც შეილა შესთავაზებს წასვლას იმის გასარკვევად, თუ საიდან მოდის და ვინ გამოიყენა. იყოს, ასევე იყიდება გარინი ორზამარის თემში.
შილას მცირე კრისტალები დრაკონის ხანაში: წარმოშობა:
- პატარა უზადო ცეცხლოვანი კრისტალი- სიძლიერე: 32; დაზიანება: 7.00; +3% კრიტიკული შანსი melee strike, +4 დაზიანება ნებისმიერი იარაღიდან, +22.5% ცეცხლის დაზიანება.
- პატარა უზადო ყინულის კრისტალი- სიძლიერე: 32; დაზიანება: 7.00; +2 ჯავშანტექნიკის შეღწევა, +10% კრიტიკული შანსი. დარტყმა ან ზურგი, +22.5% ცივი დაზიანება.
- პატარა უნაკლო ელექტრო კრისტალი- სიძლიერე: 32; დაზიანება: 7.00; +4 სისწრაფე, +6 შეტევა, +22.5% ელექტრო დაზიანება.
- პატარა უნაკლო ბუნებრივი კრისტალი- სიძლიერე: 32; დაზიანება: 7.00; +4 კონსტიტუციას და ჯანმრთელობის აღდგენას ბრძოლაში, +22,5% ბუნების ძალებისგან ზიანის მიყენება.
- პატარა დაჭრილი სულიერი კრისტალი- ძალა: 20; დაზიანება: 5,50; +5% სულიერი ზიანი.
- პატარა დაბზარული სულიერი კრისტალი- ძალა: 20; დაზიანება: 5,50; +10% სულიერი ზიანი.
დიდი კრისტალები შეილასთვის დრაკონის ხანაში: წარმოშობა:
- დიდი დაბზარული ცეცხლის კრისტალი- ფიზიკა: 20; ჯავშანი: 10.80; +20 ხანძარსაწინააღმდეგო.
- დიდი დაბზარული ყინულის კრისტალი- ფიზიკა: 20; ჯავშანი: 10.80; +20 სიცივის წინააღმდეგობა.
- დიდი დაბზარული ელექტრო კრისტალი- ფიზიკა: 20; ჯავშანი: 10.80; +20 ელექტროენერგიის წინააღმდეგობა.
- დიდი დაბზარული ბუნებრივი კრისტალი- ფიზიკა: 20; ჯავშანი: 10.80; +20 ბუნების წინააღმდეგობა.
- დიდი უზადო ბუნებრივი კრისტალი- ფიზიკა: 32; ჯავშანი: 16.20; +1 კონსტიტუცია, +3 ჯავშანი, +40 ბუნების წინააღმდეგობა, +15 ფიზიკური წინააღმდეგობა.
- დიდი დაბზარული სულიერი კრისტალი- ფიზიკა: 20; ჯავშანი: 10.80; +20 სულის წინააღმდეგობა.
- დიდი სუფთა სულიერი კრისტალი- ფიზიკა: 26; ჯავშანი: 14.40; +30 სულის წინააღმდეგობა, +8% მტრული მაგიის ასახვის შანსი, +5 ფსიქიკური წინააღმდეგობა.
- დიდი უზადო სულიერი კრისტალი- ფიზიკა: 32; ჯავშანი: 16.20; +1 ყველა სტატისტიკისთვის, +40 სულის წინააღმდეგობა, +12% მტრული მაგიის ასახვის შანსი, +15 ფსიქიკური წინააღმდეგობა.
ო.ვ.მოსინი, ი.იგნატოვი (ბულგარეთი)
ანოტაცია ყინულის მნიშვნელობა ჩვენს პლანეტაზე სიცოცხლის შენარჩუნებაში არ შეიძლება შეფასდეს. ყინული დიდ გავლენას ახდენს მცენარეთა და ცხოველთა ცხოვრების პირობებზე და ცხოვრებაზე განსხვავებული ტიპებიადამიანის ეკონომიკური საქმიანობა. წყლის დაფარვა, ყინული, დაბალი სიმკვრივის გამო, ბუნებაში მცურავი ეკრანის როლს ასრულებს, იცავს მდინარეებსა და წყალსაცავებს შემდგომი გაყინვისგან და წყალქვეშა მაცხოვრებლების სიცოცხლეს. ყინულის გამოყენება სხვადასხვა მიზნებისთვის (თოვლის შეკავება, ყინულის გადასასვლელების და იზოთერმული საწყობების მოწყობა, საწყობებისა და მაღაროების ყინულის დაგება) არის ჰიდრომეტეოროლოგიური და საინჟინრო მეცნიერებების მთელი რიგი სექციების საგანი, როგორიცაა ყინულის ტექნოლოგია, თოვლის ტექნოლოგია, ინჟინერია. მუდმივი ყინვაგამძლე, ასევე ყინულის დაზვერვის, ყინულის გამანადგურებელი ტრანსპორტისა და თოვლის საწმენდი მანქანების სპეცსამსახურების საქმიანობა. ბუნებრივი ყინული გამოიყენება საკვები პროდუქტების, ბიოლოგიური და სამედიცინო პროდუქტების შესანახად და გასაციებლად, რისთვისაც იგი სპეციალურად იწარმოება და მოსავალს იღებენ, ხოლო ყინულის დნობით მომზადებულ დნულ წყალს იყენებენ ხალხურ მედიცინაში ნივთიერებათა ცვლის ასამაღლებლად და ორგანიზმიდან ტოქსინების მოსაცილებლად. სტატია მკითხველს აცნობს ყინულის ახალ ნაკლებად ცნობილ თვისებებსა და მოდიფიკაციას.
ყინული წყლის კრისტალური ფორმაა, რომელსაც ბოლო მონაცემებით თოთხმეტი სტრუქტურული მოდიფიკაცია აქვს. მათ შორის არის როგორც კრისტალური (ბუნებრივი ყინული), ასევე ამორფული (კუბური ყინული) და მეტასტაბილური მოდიფიკაციები, რომლებიც ერთმანეთისგან განსხვავდებიან წყლის მოლეკულების ურთიერთგანლაგებით და ფიზიკური თვისებებით, რომლებიც დაკავშირებულია წყალბადის ობლიგაციებით, რომლებიც ქმნიან ყინულის კრისტალურ ბადეს. ყველა მათგანი, გარდა ჩვეულებრივისა ბუნებრივი ყინული I h, ექვსკუთხა გისოსში კრისტალიზება, წარმოიქმნება ეგზოტიკურ პირობებში - მშრალი ყინულის და თხევადი აზოტის ძალიან დაბალ ტემპერატურაზე და ათასობით ატმოსფეროს მაღალ წნევაზე, როდესაც იცვლება წყალბადის ბმების კუთხეები წყლის მოლეკულაში და ექვსკუთხას გარდა კრისტალური სისტემები. ყალიბდებიან. ასეთი პირობები კოსმიურ პირობებს მოგვაგონებს და დედამიწაზე არ გვხვდება.
ბუნებაში, ყინული წარმოდგენილია ძირითადად ერთი კრისტალური ჯიშით, კრისტალდება ექვსკუთხა გისოსში, რომელიც წააგავს ალმასის სტრუქტურას, სადაც წყლის თითოეული მოლეკულა გარშემორტყმულია მასთან ყველაზე ახლოს ოთხი მოლეკულით, რომლებიც მდებარეობს მისგან თანაბარ მანძილზე, უდრის 2,76 ანგსტრომს და მდებარეობს. რეგულარული ტეტრაედრის წვეროებზე. დაბალი კოორდინაციის რაოდენობის გამო, ყინულის სტრუქტურა არის ქსელი, რომელიც გავლენას ახდენს მის დაბალ სიმკვრივეზე, რომელიც არის 0,931 გ/სმ 3.
ყინულის ყველაზე უჩვეულო თვისება გარეგანი გამოვლინებების საოცარი მრავალფეროვნებაა. იგივე კრისტალური სტრუქტურით, მას შეუძლია სრულიად განსხვავებულად გამოიყურებოდეს, მიიღოს გამჭვირვალე სეტყვის ქვები და ყინულები, ფუმფულა თოვლის ფანტელები, ყინულის მკვრივი მბზინავი ქერქი ან გიგანტური მყინვარული მასები. ყინული ბუნებაში გვხვდება კონტინენტური, მცურავი და მიწისქვეშა ყინული, ასევე თოვლისა და ყინვის სახით. ის ფართოდ არის გავრცელებული ადამიანის საცხოვრებლის ყველა სფეროში. დიდი რაოდენობით შეგროვებით, თოვლი და ყინული ქმნიან სპეციალურ სტრუქტურებს ფუნდამენტურად განსხვავებული თვისებებით, ვიდრე ცალკეული კრისტალები ან ფიფქები. ბუნებრივი ყინული წარმოიქმნება ძირითადად დანალექ-მეტამორფული წარმოშობის ყინულით, რომელიც წარმოიქმნება მყარი ატმოსფერული ნალექებისგან შემდგომი დატკეპნისა და რეკრისტალიზაციის შედეგად. ბუნებრივი ყინულის დამახასიათებელი თვისებაა მარცვლოვნება და ზოლები. მარცვლიანობა განპირობებულია რეკრისტალიზაციის პროცესებით; მყინვარული ყინულის ყოველი მარცვალი არის არარეგულარული ფორმის კრისტალი, რომელიც მჭიდროდ უერთდება ყინულის მასის სხვა კრისტალებს ისე, რომ ერთი კრისტალის გამონაყარი მჭიდროდ ჯდება მეორის ჩაღრმავებში. ასეთ ყინულს პოლიკრისტალური ეწოდება. მასში, თითოეული ყინულის კრისტალი არის ყველაზე თხელი ფოთლების ფენა, რომლებიც გადახურულია ერთმანეთზე ბაზალურ სიბრტყეში, ბროლის ოპტიკური ღერძის მიმართულების პერპენდიკულარული.
დედამიწაზე ყინულის მთლიანი მარაგი დაახლოებით 30 მილიონი ტონაა. კმ 3(ცხრილი 1). ყინულის უმეტესი ნაწილი კონცენტრირებულია ანტარქტიდაში, სადაც მისი ფენის სისქე 4-ს აღწევს კმ.ასევე არსებობს მტკიცებულება ყინულის არსებობის შესახებ მზის სისტემის პლანეტებსა და კომეტებში. ყინული იმდენად მნიშვნელოვანია ჩვენი პლანეტის კლიმატისთვის და მასზე ცოცხალი არსებების საცხოვრებლად, რომ მეცნიერებმა დაასახელეს ყინულისთვის სპეციალური გარემო - კრიოსფერო, რომლის საზღვრები მაღლა ვრცელდება ატმოსფეროში და ღრმად დედამიწის ქერქში.
ჩანართი ერთი. ყინულის რაოდენობა, განაწილება და სიცოცხლის ხანგრძლივობა.
- ყინულის ტიპი; წონა; განაწილების არეალი; საშუალო კონცენტრაცია, გ/სმ2; წონის მომატების მაჩვენებელი, გ/წელიწადში; სიცოცხლის საშუალო ხანგრძლივობა, წელი
- გ; %; მილიონი კმ2; %
- მყინვარები; 2.4 1022; 98,95; 16.1; 10.9 სუში; 1.48 105; 2.5 1018; 9580
- მიწისქვეშა ყინული; 2 1020; 0,83; 21; 14.1 სუში; 9.52 103; 6 1018; 30-75 წწ
- ზღვის ყინული; 3.5 1019; 0.14; 26; 7.2 ოკეანეები; 1.34 102; 3.3 1019; 1.05
- თოვლის საფარი; 1.0 1019; 0.04; 72.4; 14.2 დედამიწა; 14,5; 2 1019; 0,3-0,5
- აისბერგები; 7.6 1018; 0,03; 63,5; 18.7 ოკეანე; 14.3; 1.9 1018; 4.07
- ატმოსფერული ყინული; 1.7 1018; 0,01; 510.1; 100 დედამიწა; 3.3 10-1; 3.9 1020; 4 10-3
ყინულის კრისტალები უნიკალურია მათი ფორმითა და პროპორციებით. ნებისმიერი მზარდი ბუნებრივი კრისტალი, მათ შორის ყინულის ყინულის კრისტალი, ყოველთვის ცდილობს შექმნას იდეალური, რეგულარული ბროლის ბადე, რადგან ეს სასარგებლოა მისი შინაგანი ენერგიის მინიმალური თვალსაზრისით. ნებისმიერი მინარევები, როგორც ცნობილია, ამახინჯებს კრისტალის ფორმას, ამიტომ, წყლის კრისტალიზაციის დროს, წყლის მოლეკულები პირველ რიგში ჩაშენებულია გისოსებში, ხოლო უცხო ატომები და მინარევების მოლეკულები გადაადგილდება სითხეში. და მხოლოდ მაშინ, როდესაც მინარევებს წასასვლელი არსად აქვთ, ყინულის კრისტალი იწყებს მათ შეყვანას თავის სტრუქტურაში ან ტოვებს მათ ღრუ კაფსულების სახით კონცენტრირებული არაგაყინვის სითხით - მარილწყალთან ერთად. აქედან გამომდინარე, ზღვის ყინული სუფთაა და ყველაზე ჭუჭყიანი წყლის ობიექტებიც კი დაფარულია გამჭვირვალე და სუფთა ყინული. როდესაც ყინული დნება, ის ანაწილებს მინარევებს მარილწყალში. პლანეტარული მასშტაბით, წყლის გაყინვის და დნობის ფენომენი, წყლის აორთქლებასა და კონდენსაციასთან ერთად, ასრულებს გიგანტური წმენდის პროცესის როლს, რომლის დროსაც დედამიწაზე წყალი მუდმივად იწმინდება.
ჩანართი 2. ყინულის ზოგიერთი ფიზიკური თვისება I.
საკუთრება
მნიშვნელობა
შენიშვნა
სითბოს მოცულობა, კალ/(გ °C) დნობის სითბო, კალ/გ აორთქლების სითბო, კალ/გ
0.51 (0°C) 79.69 677
მკვეთრად იკლებს ტემპერატურის კლებასთან ერთად
თერმული გაფართოების კოეფიციენტი, 1/°C
9.1 10-5 (0°C)
პოლიკრისტალური ყინული
თბოგამტარობა, კალ/(სმ წმ °C)
4.99 10 -3
პოლიკრისტალური ყინული
რეფრაქციული ინდექსი:
1.309 (-3°C)
პოლიკრისტალური ყინული
სპეციფიური ელექტროგამტარობა, ohm-1 სმ-1
10-9 (0°C)
აშკარა გააქტიურების ენერგია 11 კკალ/მოლი
ზედაპირის ელექტრული გამტარობა, ohm-1
10-10 (-11°C)
აშკარა გააქტიურების ენერგია 32 კკალ/მოლი
იანგის ელასტიურობის მოდული, dyne/cm2
9 1010 (-5 °C)
პოლიკრისტალური ყინული
წინააღმდეგობა, MN/m2: დამსხვრეული ცრემლსადენი ათვლა
2,5 1,11 0,57
პოლიკრისტალური ყინული პოლიკრისტალური ყინული პოლიკრისტალური ყინული
დინამიური სიბლანტე, სიმშვიდე
პოლიკრისტალური ყინული
აქტივაციის ენერგია დეფორმაციისა და მექანიკური რელაქსაციის დროს, კკალ/მოლი
წრფივად იზრდება 0,0361 კკალ/(მოლ °C) 0-დან 273,16 კ-მდე
შენიშვნა: 1 კალ/(გ °C)=4,186 კჯ/(კგ K); 1 ომ -1 სმ -1 \u003d 100 სიმ / მ; 1 დინ = 10 -5 ნ ; 1 N = 1 კგ მ/წმ²; 1 დინე/სმ=10 -7 ნ/მ; 1 კალ / (სმ წმ ° C) \u003d 418,68 ვ / (მ K); 1 პოზა \u003d გ/სმ წმ \u003d 10 -1 ნ წმ/მ 2.
დედამიწაზე ყინულის ფართო გავრცელების გამო, ყინულის ფიზიკური თვისებების სხვაობა (ცხრილი 2) სხვა ნივთიერებების თვისებებისგან მნიშვნელოვან როლს ასრულებს ბევრ ბუნებრივ პროცესში. ყინულს აქვს მრავალი სხვა სიცოცხლის მხარდამჭერი თვისება და ანომალიები - ანომალიები სიმკვრივის, წნევის, მოცულობის და თბოგამტარობის. თუ წყალბადის ბმები არ აკავშირებდა წყლის მოლეკულებს კრისტალში, ყინული დნება -90 °C-ზე. მაგრამ ეს არ ხდება წყლის მოლეკულებს შორის წყალბადის ბმების არსებობის გამო. წყლის შედარებით დაბალი სიმკვრივის გამო, ყინული წყლის ზედაპირზე მცურავ საფარს ქმნის, რომელიც იცავს მდინარეებსა და წყალსაცავებს ფსკერის გაყინვისგან, რადგან მისი თბოგამტარობა გაცილებით ნაკლებია, ვიდრე წყლისა. ამავდროულად, ყველაზე დაბალი სიმკვრივე და მოცულობა შეინიშნება +3,98 °C-ზე (ნახ. 1). წყლის შემდგომი გაცივება 0 0 C-მდე თანდათან იწვევს არა შემცირებას, არამედ მისი მოცულობის გაზრდას თითქმის 10%-ით, როდესაც წყალი ყინულში გადაიქცევა. წყლის ეს ქცევა მიუთითებს წყალში ორი წონასწორული ფაზის ერთდროულ არსებობაზე - თხევადი და კვაზიკრისტალური, კვაზიკრისტალების ანალოგიით, რომელთა კრისტალურ გისოსს არა მხოლოდ პერიოდული სტრუქტურა აქვს, არამედ აქვს სხვადასხვა რიგის სიმეტრიის ღერძი. რომლის არსებობაც ადრე ეწინააღმდეგებოდა კრისტალოგრაფების იდეებს. ეს თეორია, რომელიც პირველად წამოაყენა ცნობილმა შინაურმა თეორიულმა ფიზიკოსმა ია.ი. ფრენკელმა, ემყარება ვარაუდს, რომ ზოგიერთი თხევადი მოლეკულა ქმნის კვაზიკრისტალურ სტრუქტურას, ხოლო დანარჩენი მოლეკულები აირის მსგავსია, თავისუფლად. მოძრაობს მოცულობაში. მოლეკულების განაწილებას წყლის ნებისმიერი ფიქსირებული მოლეკულის მცირე სამეზობლოში აქვს გარკვეული თანმიმდევრობა, გარკვეულწილად ჰგავს კრისტალურს, თუმცა უფრო ფხვიერს. ამ მიზეზით, წყლის სტრუქტურას ზოგჯერ უწოდებენ კვაზიკრისტალურ ან კრისტალურს, ანუ აქვს სიმეტრია და წესრიგის არსებობა ატომების ან მოლეკულების ურთიერთგანლაგებაში.
ბრინჯი. ერთი. ყინულისა და წყლის სპეციფიკური მოცულობის დამოკიდებულება ტემპერატურაზე
კიდევ ერთი თვისება ის არის, რომ ყინულის ნაკადის სიჩქარე პირდაპირპროპორციულია აქტივაციის ენერგიისა და უკუპროპორციულია აბსოლუტური ტემპერატურისა, ასე რომ, როდესაც ტემპერატურა იკლებს, ყინული თავისი თვისებებით უახლოვდება აბსოლუტურად მყარ სხეულს. საშუალოდ, დნობასთან ახლოს ტემპერატურაზე, ყინულის სითხე 10 6-ჯერ მეტია, ვიდრე ქანების. თავისი სითხის გამო ყინული არ გროვდება ერთ ადგილას, არამედ მუდმივად მოძრაობს მყინვარების სახით. კავშირი ნაკადის სიჩქარესა და სტრესს შორის პოლიკრისტალურ ყინულში ჰიპერბოლურია; მისი სავარაუდო აღწერით სიმძლავრის განტოლებით, მაჩვენებელი იზრდება ძაბვის მატებასთან ერთად.
ხილული სინათლე პრაქტიკულად არ შეიწოვება ყინულის მიერ, რადგან სინათლის სხივები გადის ყინულის კრისტალში, მაგრამ ის ბლოკავს ულტრაიისფერ გამოსხივებას და მზის ინფრაწითელ გამოსხივების უმეტეს ნაწილს. სპექტრის ამ რაიონებში ყინული აბსოლუტურად შავი ჩანს, რადგან სინათლის შთანთქმის კოეფიციენტი სპექტრის ამ რეგიონებში ძალიან მაღალია. ყინულის კრისტალებისგან განსხვავებით, თოვლზე დაცემული თეთრი სინათლე არ შეიწოვება, მაგრამ მრავალჯერ ირღვევა ყინულის კრისტალებში და აირეკლება მათი სახიდან. ამიტომ თოვლი თეთრად გამოიყურება.
ყინულის (0,45) და თოვლის (0,95-მდე) ძალიან მაღალი არეკვლის გამო, მათ მიერ დაფარული ფართობი საშუალოდ წელიწადში დაახლოებით 72 მილიონი ჰექტარია. კმ 2ორივე ნახევარსფეროს მაღალ და საშუალო განედებში იგი იღებს მზის სითბოს ნორმაზე 65%-ით ნაკლებს და წარმოადგენს დედამიწის ზედაპირის გაგრილების მძლავრ წყაროს, რაც დიდწილად განსაზღვრავს თანამედროვე გრძივი კლიმატური ზონალობას. ზაფხულში, პოლარულ რეგიონებში, მზის რადიაცია უფრო მეტია, ვიდრე ეკვატორულ სარტყელში, თუმცა, ტემპერატურა რჩება დაბალი, რადგან შთანთქმის სითბოს მნიშვნელოვანი ნაწილი იხარჯება ყინულის დნობაზე, რომელსაც აქვს ძალიან მაღალი დნობის სითბო.
ყინულის სხვა უჩვეულო თვისებები მოიცავს ელექტრომაგნიტური გამოსხივების წარმოქმნას მისი მზარდი კრისტალების მიერ. ცნობილია, რომ წყალში გახსნილი მინარევების უმეტესობა არ გადადის ყინულში, როდესაც ის ზრდას იწყებს; იყინებიან. ამიტომ, ყველაზე ჭუჭყიან გუბეზეც კი, ყინულის ფილმი სუფთა და გამჭვირვალეა. ამ შემთხვევაში, მინარევები გროვდება მყარი და თხევადი მედიის საზღვარზე, სხვადასხვა ნიშნის ელექტრული მუხტის ორი ფენის სახით, რაც იწვევს მნიშვნელოვან პოტენციურ განსხვავებას. დამუხტული მინარევის ფენა მოძრაობს ქვედა საზღვართან ერთად ახალგაზრდა ყინულიდა ასხივებს ელექტრომაგნიტურ ტალღებს. ამის წყალობით კრისტალიზაციის პროცესის დეტალურად დაკვირვება შესაძლებელია. ამრიგად, ნემსის სახით სიგრძით მზარდი კრისტალი განსხვავებულად ასხივებს, ვიდრე გვერდითი პროცესებით დაფარული ბროლი და მზარდი მარცვლების გამოსხივება განსხვავდება იმისგან, რაც ხდება კრისტალების ბზარისას. რადიაციის იმპულსების ფორმის, თანმიმდევრობის, სიხშირისა და ამპლიტუდის მიხედვით შეიძლება დადგინდეს, რამდენად სწრაფად იყინება ყინული და როგორი ყინულის სტრუქტურა იქმნება.
მაგრამ ყველაზე გასაკვირი ყინულის სტრუქტურაში არის ის, რომ წყლის მოლეკულები დაბალ ტემპერატურაზე და მაღალ წნევაზე ნახშირბადის ნანომილაკებში შეიძლება კრისტალიზდეს ორმაგი სპირალის სახით, რომელიც მოგვაგონებს დნმ-ის მოლეკულებს. ეს დადასტურდა ამერიკელი მეცნიერების ბოლოდროინდელი კომპიუტერული ექსპერიმენტებით, Xiao Cheng Zeng-ის ხელმძღვანელობით ნებრასკის უნივერსიტეტიდან (აშშ). იმისთვის, რომ წყალმა შექმნას სპირალი იმიტირებულ ექსპერიმენტში, იგი მოათავსეს 1,35-დან 1,90 ნმ დიამეტრის ნანომილაკებში მაღალი წნევის ქვეშ, მერყეობდა 10-დან 40000 ატმოსფერომდე და დააყენეს ტემპერატურა -23 °C. მოსალოდნელი იყო, რომ წყალი ყველა შემთხვევაში აყალიბებს თხელ მილაკოვან სტრუქტურას. თუმცა, მოდელმა აჩვენა, რომ ნანომილის დიამეტრის 1,35 ნმ და 40000 ატმოსფეროს გარეგანი წნეხის დროს ყინულის სტრუქტურაში წყალბადის ბმები იყო მოხრილი, რამაც გამოიწვია ორკედლიანი სპირალის წარმოქმნა - შიდა და გარე. ამ პირობებში, შიდა კედელი გადაგრეხილი აღმოჩნდა ოთხმაგ სპირალში, ხოლო გარე კედელი შედგებოდა დნმ-ის მოლეკულის მსგავსი ოთხი ორმაგი სპირალისგან (ნახ. 2). ეს ფაქტი შეიძლება გახდეს სასიცოცხლოდ მნიშვნელოვანი დნმ-ის მოლეკულის სტრუქტურასა და თავად წყლის სტრუქტურას შორის კავშირის დადასტურება და რომ წყალი ემსახურებოდა მატრიცას დნმ-ის მოლეკულების სინთეზისთვის.
ბრინჯი. 2. გაყინული წყლის სტრუქტურის კომპიუტერული მოდელი ნანომილაკებში, დნმ-ის მოლეკულის მსგავსი (ფოტო New Scientist-დან, 2006 წ.)
წყლის კიდევ ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი თვისება აღმოჩენილი და გამოკვლეული ბოლო დროს, მდგომარეობს იმაში, რომ წყალს აქვს წარსული ზემოქმედების შესახებ ინფორმაციის დამახსოვრების უნარი. ეს პირველად დაამტკიცეს იაპონელმა მკვლევარმა მასარუ ემოტომ და ჩვენმა თანამემამულემ სტანისლავ ზენინმა, რომელმაც ერთ-ერთმა პირველმა შემოგვთავაზა წყლის სტრუქტურის კასეტური თეორია, რომელიც შედგება ნაყარი მრავალწახნაგოვანი სტრუქტურის ციკლური ასოციაციებისგან - ზოგადი ფორმულის კლასტერებისგან (H 2 O) n, სადაც n, ბოლო მონაცემებით, შეიძლება მიაღწიოს ასობით და თუნდაც ათას ერთეულს. წყალში მტევნის არსებობის გამო წყალს აქვს ინფორმაციული თვისებები. მკვლევარებმა გადაიღეს ყინულის მიკროკრისტალებში წყლის გაყინვის პროცესები, მასზე მოქმედი სხვადასხვა ელექტრომაგნიტური და აკუსტიკური ველით, მელოდიებით, ლოცვით, სიტყვებით თუ აზრებით. აღმოჩნდა, რომ დადებითი ინფორმაციის გავლენით ლამაზი მელოდიებისა და სიტყვების სახით, ყინული გაიყინა სიმეტრიულ ექვსკუთხა კრისტალებში. იქ, სადაც არარიტმული მუსიკა ჟღერდა, გაბრაზებული და შეურაცხმყოფელი სიტყვები, წყალი, პირიქით, ქაოსურ და უფორმო კრისტალებად იყინებოდა. ეს იმის დასტურია, რომ წყალს აქვს სპეციალური სტრუქტურა, რომელიც მგრძნობიარეა გარე ინფორმაციის გავლენის მიმართ. სავარაუდოდ, ადამიანის ტვინს, რომელიც წყლის 85-90%-ს შედგება, წყალზე ძლიერი სტრუქტურული ეფექტი აქვს.
ემოტო კრისტალები იწვევს ინტერესსაც და არასაკმარისად დასაბუთებულ კრიტიკას. თუ მათ ყურადღებით დააკვირდებით, ხედავთ, რომ მათი სტრუქტურა ექვსი ზედა ნაწილისგან შედგება. მაგრამ კიდევ უფრო ფრთხილად ანალიზი აჩვენებს, რომ ზამთარში ფიფქებს აქვთ იგივე სტრუქტურა, ყოველთვის სიმეტრიული და ექვსი ზევით. რამდენად შეიცავს კრისტალიზებული სტრუქტურები ინფორმაციას იმ გარემოს შესახებ, სადაც ისინი შეიქმნა? ფიფქების სტრუქტურა შეიძლება იყოს ლამაზი ან უფორმო. ეს მიუთითებს იმაზე, რომ საკონტროლო ნიმუში (ღრუბელი ატმოსფეროში), სადაც ისინი ჩნდებიან, იგივე გავლენას ახდენს მათზე, როგორც საწყისი პირობები. საწყისი პირობებია მზის აქტივობა, ტემპერატურა, გეოფიზიკური ველები, ტენიანობა და ა.შ.. ეს ყველაფერი ნიშნავს, რომ ე.წ. საშუალო ანსამბლი, შეგვიძლია დავასკვნათ, რომ წყლის წვეთების, შემდეგ კი ფიფქების სტრუქტურა დაახლოებით იგივეა. მათი მასა თითქმის ერთნაირია და ატმოსფეროში მოძრაობენ მსგავსი სიჩქარით. ატმოსფეროში ისინი აგრძელებენ თავიანთი სტრუქტურების ფორმირებას და მოცულობის გაზრდას. მაშინაც კი, თუ ისინი ჩამოყალიბდნენ ღრუბლის სხვადასხვა ნაწილში, ყოველთვის არის ფიფქების გარკვეული რაოდენობა იმავე ჯგუფში, რომლებიც წარმოიქმნება თითქმის ერთსა და იმავე პირობებში. და პასუხი კითხვაზე, თუ რა არის დადებითი და უარყოფითი ინფორმაცია ფიფქების შესახებ, შეგიძლიათ ნახოთ Emoto-ში. ლაბორატორიულ პირობებში ნეგატიური ინფორმაცია (მიწისძვრა, ადამიანისთვის არახელსაყრელი ხმის ვიბრაცია და ა.შ.) კრისტალებს კი არ წარმოქმნის, არამედ დადებით ინფორმაციას, პირიქით. ძალიან საინტერესოა, რამდენად შეუძლია ერთმა ფაქტორმა შექმნას ფიფქების იგივე ან მსგავსი სტრუქტურები. წყლის ყველაზე მაღალი სიმკვრივე შეინიშნება 4 °C ტემპერატურაზე. მეცნიერულად დადასტურდა, რომ წყლის სიმკვრივე მცირდება, როდესაც ექვსკუთხა ყინულის კრისტალები იწყებენ წარმოქმნას, როდესაც ტემპერატურა ნულს ქვემოთ ეცემა. ეს არის წყლის მოლეკულებს შორის წყალბადის ბმების მოქმედების შედეგი.
რა არის ამ სტრუქტურირების მიზეზი? კრისტალები არის მყარი და მათი შემადგენელი ატომები, მოლეკულები ან იონები განლაგებულია რეგულარული, განმეორებადი სტრუქტურით, სამ სივრცულ განზომილებაში. წყლის კრისტალების სტრუქტურა ოდნავ განსხვავებულია. ისაკის აზრით, ყინულში წყალბადის ბმების მხოლოდ 10% არის კოვალენტური, ე.ი. საკმაოდ სტაბილური ინფორმაციით. წყალბადის ბმები ერთი წყლის მოლეკულის ჟანგბადსა და მეორეს წყალბადს შორის ყველაზე მგრძნობიარეა გარე გავლენის მიმართ. კრისტალების წარმოქმნის დროს წყლის სპექტრი დროში შედარებით განსხვავებულია. ანტონოვისა და იუსკესელიევის მიერ დადასტურებული წყლის წვეთების დისკრეტული აორთქლების ეფექტისა და წყალბადის ბმების ენერგეტიკულ მდგომარეობებზე დამოკიდებულების მიხედვით, შეგვიძლია ვეძიოთ პასუხი კრისტალების სტრუქტურის შესახებ. სპექტრის თითოეული ნაწილი დამოკიდებულია წყლის წვეთების ზედაპირულ დაძაბულობაზე. სპექტრში ექვსი მწვერვალია, რაც ფიფქის განშტოებაზე მიუთითებს.
ცხადია, ემოტოს ექსპერიმენტებში საწყისი „საკონტროლო“ ნიმუში გავლენას ახდენს კრისტალების გარეგნობაზე. ეს ნიშნავს, რომ გარკვეული ფაქტორის ზემოქმედების შემდეგ მოსალოდნელია ასეთი კრისტალების წარმოქმნა. თითქმის შეუძლებელია იდენტური კრისტალების მიღება. წყალზე სიტყვა „სიყვარულის“ ეფექტის გამოცდისას ემოტო ნათლად არ მიუთითებს, ჩატარდა თუ არა ეს ექსპერიმენტი სხვადასხვა ნიმუშებით.
საჭიროა ორმაგად ბრმა ექსპერიმენტები იმის შესამოწმებლად, რამდენად განსხვავდება ემოტო ტექნიკა საკმარისად. ისაკის მტკიცებულება იმისა, რომ წყლის მოლეკულების 10% გაყინვის შემდეგ ქმნის კოვალენტურ ბმებს, გვაჩვენებს, რომ წყალი იყენებს ამ ინფორმაციას გაყინვისას. ემოტოს მიღწევა, თუნდაც ორმაგი ბრმა ექსპერიმენტების გარეშე, საკმაოდ მნიშვნელოვანი რჩება წყლის ინფორმაციულ თვისებებთან მიმართებაში.
ბუნებრივი ფიფქია, უილსონ ბენტლი, 1925 წ
ბუნებრივი წყლისგან მიღებული ემოტო ფიფქია
ერთი ფიფქი ბუნებრივია, მეორე კი Emoto-ს მიერ არის შექმნილი, რაც იმაზე მიუთითებს, რომ წყლის სპექტრის მრავალფეროვნება უსაზღვრო არ არის.
მიწისძვრა, სოფია, 4.0 რიხტერის შკალა, 2008 წლის 15 ნოემბერი,
Dr. იგნატოვი, 2008©, პროფ. ანტონოვის მოწყობილობა©
ეს მაჩვენებელი მიუთითებს განსხვავებას საკონტროლო ნიმუშსა და სხვა დღეებში აღებულ ნიმუშებს შორის. წყლის მოლეკულები არღვევენ წყალში ყველაზე ენერგიულ წყალბადის ობლიგაციებს, ასევე სპექტრის ორ მწვერვალს ბუნებრივი ფენომენის დროს. კვლევა ჩატარდა ანტონოვის აპარატის გამოყენებით. ბიოფიზიკური შედეგი გვიჩვენებს მიწისძვრის დროს სხეულის სიცოცხლისუნარიანობის დაქვეითებას. მიწისძვრის დროს წყალს არ შეუძლია შეცვალოს მისი სტრუქტურა ემოტოს ლაბორატორიის ფიფქებში. არსებობს მტკიცებულება მიწისძვრის დროს წყლის ელექტროგამტარობის ცვლილების შესახებ.
1963 წელს ტანზანიელმა სკოლის მოსწავლემ ერასტო მპემბამ შენიშნა, რომ ცხელი წყალი უფრო სწრაფად იყინება, ვიდრე ცივი წყალი. ამ ფენომენს მპემბას ეფექტი ეწოდება. მიუხედავად იმისა, რომ წყლის უნიკალური თვისება გაცილებით ადრე შენიშნეს არისტოტელემ, ფრენსის ბეკონმა და რენე დეკარტმა. ეს ფენომენი არაერთხელ დადასტურდა არაერთი დამოუკიდებელი ექსპერიმენტით. წყალს კიდევ ერთი უცნაური თვისება აქვს. ჩემი აზრით, ამის ახსნა შემდეგია: ადუღებული წყლის დიფერენციალური არათანაბარი ენერგიის სპექტრი (DNES) წყლის მოლეკულებს შორის წყალბადის ბმების საშუალო ენერგიის უფრო დაბალია, ვიდრე ოთახის ტემპერატურაზე აღებულ ნიმუშს. ეს ნიშნავს, რომ ადუღებულ წყალს ნაკლები ენერგია სჭირდება. რათა დაიწყოს კრისტალების აგებულება და გაყინვა.
ყინულის სტრუქტურისა და მისი თვისებების გასაღები მისი კრისტალის სტრუქტურაშია. ყინულის ყველა მოდიფიკაციის კრისტალები აგებულია წყლის მოლეკულებისგან H 2 O, რომლებიც დაკავშირებულია წყალბადის ბმებით სამგანზომილებიან ბადის ჩარჩოებში წყალბადის ბმების გარკვეული განლაგებით. წყლის მოლეკულა შეიძლება უბრალოდ წარმოვიდგინოთ, როგორც ტეტრაედონი (პირამიდა სამკუთხა ფუძით). მის ცენტრში არის ჟანგბადის ატომი, რომელიც იმყოფება sp 3 ჰიბრიდიზაციის მდგომარეობაში, ხოლო ორ წვეროზე - წყალბადის ატომით, რომლის 1s ელექტრონიდან ერთ-ერთი მონაწილეობს კოვალენტის წარმოქმნაში. N-კავშირის შესახებჟანგბადით. დანარჩენი ორი წვერო უკავია ჟანგბადის დაუწყვილებელი ელექტრონების წყვილებს, რომლებიც არ მონაწილეობენ ინტრამოლეკულური ბმების ფორმირებაში, ამიტომ მათ მარტოხელა ეწოდება. H 2 O მოლეკულის სივრცითი ფორმა აიხსნება წყალბადის ატომებისა და ცენტრალური ჟანგბადის ატომის მარტოხელა ელექტრონული წყვილების ურთიერთ მოგერიებით.
წყალბადის ბმა მნიშვნელოვანია ინტერმოლეკულური ურთიერთქმედების ქიმიაში და განპირობებულია სუსტი ელექტროსტატიკური ძალებით და დონორ-მიმღები ურთიერთქმედებით. ეს ხდება მაშინ, როდესაც წყლის ერთი მოლეკულის ელექტრონის დეფიციტი წყალბადის ატომი ურთიერთქმედებს მეზობელი წყლის მოლეკულის ჟანგბადის ატომის მარტოხელა ელექტრონულ წყვილთან (О-Н…О). გამორჩეული თვისებაწყალბადის ბმა შედარებით დაბალი სიმტკიცეა; ის 5-10-ჯერ სუსტია, ვიდრე ქიმიური კოვალენტური ბმა. ენერგიის თვალსაზრისით, წყალბადის ბმა იკავებს შუალედურ ადგილს ქიმიურ კავშირსა და ვან დერ ვაალის ურთიერთქმედებას შორის, რომელიც მოლეკულებს მყარ ან თხევად ფაზაში ატარებს. ყინულის კრისტალში წყლის თითოეულ მოლეკულას შეუძლია ერთდროულად შექმნას ოთხი წყალბადის ბმა სხვა მეზობელ მოლეკულებთან მკაცრად განსაზღვრული კუთხით, რომელიც ტოლია 109 ° 47 ", მიმართულია ტეტრაედრის წვეროებზე, რაც არ იძლევა მკვრივი სტრუქტურის ფორმირებას წყლის გაყინვისას (ნახ. 3) ყინულის I, Ic, VII და VIII სტრუქტურებში ეს ტეტრაედონი რეგულარულია. ყინულის II, III, V და VI სტრუქტურებში ტეტრაედრები შესამჩნევად დამახინჯებულია. ყინულის VI, VII და VIII სტრუქტურებში ორი. შეიძლება განვასხვავოთ წყალბადის ბმების ურთიერთგადაკვეთის სისტემები.წყალბადის ბმების ეს უხილავი ჩარჩო აწყობს წყლის მოლეკულებს ქსელის სახით, სტრუქტურა ჰგავს ექვსკუთხა თაფლისებრს ღრუ შიდა არხებით.თუ ყინული გაცხელდება, ქსელის სტრუქტურა ნადგურდება: წყალი. მოლეკულები იწყებენ ცვენას ქსელის სიცარიელეებში, რაც იწვევს სითხის უფრო მკვრივ სტრუქტურას - ეს განმარტავს, თუ რატომ არის წყალი ყინულზე მძიმე.
ბრინჯი. 3. წყალბადის კავშირის ფორმირება ოთხ H 2 O მოლეკულას შორის (წითელი ბურთები მიუთითებს ჟანგბადის ცენტრალურ ატომებზე, თეთრი ბურთულები მიუთითებს წყალბადის ატომებზე)
ყინულის სტრუქტურისთვის დამახასიათებელი წყალბადის ბმებისა და ინტერმოლეკულური ურთიერთქმედების სპეციფიკა შენარჩუნებულია დნობის წყალში, რადგან ყინულის კრისტალის დნობის დროს ყველა წყალბადის ბმების მხოლოდ 15% განადგურებულია. მაშასადამე, წყლის თითოეულ მოლეკულასა და მის ოთხ მეზობელს შორის ყინულის თანდაყოლილი კავშირი („მოკლე დიაპაზონის რიგი“) არ ირღვევა, თუმცა ჟანგბადის ჩარჩოს გისოსი უფრო დიფუზურია. წყალბადის ბმები ასევე შეიძლება შენარჩუნდეს წყლის ადუღებისას. წყალბადის ბმები არ არის მხოლოდ წყლის ორთქლში.
ყინული, რომელიც წარმოიქმნება ატმოსფერულ წნევაზე და დნება 0 ° C ტემპერატურაზე, არის ყველაზე ნაცნობი, მაგრამ ჯერ კიდევ ბოლომდე გაუგებარი ნივთიერება. ბევრი მისი სტრუქტურა და თვისებები გამოიყურება უჩვეულო. ყინულის კრისტალური ბადის კვანძებში, წყლის მოლეკულების ტეტრაედრების ჟანგბადის ატომები მოწესრიგებულად არის განლაგებული, ქმნიან რეგულარულ ექვსკუთხედებს, როგორც ექვსკუთხა თაფლი, და წყალბადის ატომები იკავებენ სხვადასხვა პოზიციებს ჟანგბადის ატომების დამაკავშირებელ წყალბადის ობლიგაციებზე. სურ. 4). აქედან გამომდინარე, არსებობს წყლის მოლეკულების ექვსი ეკვივალენტური ორიენტაცია მეზობლებთან შედარებით. ზოგიერთი მათგანი გამორიცხულია, რადგან ორი პროტონის არსებობა ერთსა და იმავე დროს წყალბადის კავშირზე ნაკლებად სავარაუდოა, მაგრამ რჩება საკმარისი გაურკვევლობა წყლის მოლეკულების ორიენტაციაში. ატომების ეს ქცევა ატიპიურია, რადგან მყარ მატერიაში ყველა ატომი ემორჩილება ერთსა და იმავე კანონს: ან ისინი არიან ატომები, რომლებიც განლაგებულია მოწესრიგებულად, შემდეგ ის არის კრისტალი, ან შემთხვევით, შემდეგ კი ეს არის ამორფული ნივთიერება. ასეთი უჩვეულო სტრუქტურა შეიძლება განხორციელდეს ყინულის უმეტეს მოდიფიკაციაში - Ih, III, V, VI და VII (და, როგორც ჩანს, Ic-ში) (ცხრილი 3), ხოლო ყინულის II, VIII და IX სტრუქტურაში წყალი. მოლეკულები ორიენტაციის მიხედვითაა დალაგებული. ჯ.ბერნალის აზრით, ყინული ჟანგბადის ატომებთან მიმართებაში კრისტალურია და წყალბადის ატომებთან მიმართებაში მინის.
ბრინჯი. ოთხი. ბუნებრივი ექვსკუთხა კონფიგურაციის ყინულის სტრუქტურა I სთ
სხვა პირობებში, მაგალითად, კოსმოსში მაღალი წნევისა და დაბალ ტემპერატურაზე, ყინული განსხვავებულად კრისტალიზდება, წარმოქმნის სხვა კრისტალურ გისოსებს და მოდიფიკაციებს (კუბური, ტრიგონალური, ტეტრაგონალური, მონოკლინიკი და ა.შ.), რომელთაგან თითოეულს აქვს საკუთარი სტრუქტურა და ბროლის ბადე. ცხრილი 3). ). სხვადასხვა მოდიფიკაციის ყინულის სტრუქტურები გამოთვალეს რუსმა მკვლევარებმა, ქიმიურ მეცნიერებათა დოქტორმა. გ.გ. მალენკოვი და დოქ. ე.ა. ჟელიგოვსკაია ფიზიკური ქიმიისა და ელექტროქიმიის ინსტიტუტიდან. ა.ნ. რუსეთის მეცნიერებათა აკადემიის ფრუმკინი. ყინულის მოდიფიკაციები II, III და V დიდხანს რჩება ატმოსფერულ წნევაზე, თუ ტემპერატურა არ აღემატება -170 °C (ნახ. 5). როდესაც გაგრილდება დაახლოებით -150 ° C-მდე, ბუნებრივი ყინული იქცევა კუბურ ყინულ Ic-ად, რომელიც შედგება რამდენიმე ნანომეტრის ზომის კუბებისა და რვაედრონებისგან. ყინულის I c ზოგჯერ ასევე ჩნდება, როდესაც წყალი იყინება კაპილარებში, რასაც, როგორც ჩანს, ხელს უწყობს წყლის ურთიერთქმედება კედლის მასალასთან და მისი სტრუქტურის განმეორებით. თუ ტემპერატურა ოდნავ მაღალია -110 0 C-ზე, ლითონის სუბსტრატზე წარმოიქმნება უფრო მკვრივი და მძიმე მინის ამორფული ყინულის კრისტალები 0,93 გ/სმ 3 სიმკვრივით. ყინულის ორივე ამ ფორმას შეუძლია სპონტანურად გარდაიქმნას ექვსკუთხა ყინულად და რაც უფრო სწრაფად, მით უფრო მაღალია ტემპერატურა.
ჩანართი 3. ყინულის ზოგიერთი მოდიფიკაცია და მათი ფიზიკური პარამეტრები.
მოდიფიკაცია
კრისტალური სტრუქტურა
წყალბადის ბმის სიგრძე, Å
კუთხეები H-O-Hტეტრაედრებში, 0
ექვსკუთხა
კუბური
ტრიგონალური
ტეტრაგონალური
მონოკლინიკა
ტეტრაგონალური
კუბური
კუბური
ტეტრაგონალური
Შენიშვნა. 1 Å = 10 -10 მ
ბრინჯი. 5. სხვადასხვა მოდიფიკაციის კრისტალური ყინულის მდგომარეობის დიაგრამა.
ასევე არის მაღალი წნევის ყინულები - ტრიგონალური და ტეტრაგონალური მოდიფიკაციების II და III, რომლებიც წარმოიქმნება ღრუ ჰექტრებიდან, რომლებიც წარმოიქმნება ექვსკუთხა გოფრირებული ელემენტებით, რომლებიც გადაადგილდებიან ერთმანეთის მიმართ ერთი მესამედით (ნახ. 6 და სურ. 7). ეს ყინულები სტაბილიზირებულია კეთილშობილური გაზების ჰელიუმის და არგონის თანდასწრებით. მონოკლინიკური მოდიფიკაციის ყინულის V-ის სტრუქტურაში, კუთხეები მეზობელ ჟანგბადის ატომებს შორის მერყეობს 860-დან 132°-მდე, რაც ძალიან განსხვავდება წყლის მოლეკულის კავშირის კუთხისგან, რომელიც არის 105°47'. ტეტრაგონალური მოდიფიკაციის Ice VI შედგება ერთმანეთში ჩასმული ორი ჩარჩოსგან, რომელთა შორის წყალბადის ბმები არ არის, რის შედეგადაც წარმოიქმნება სხეულზე ორიენტირებული ბროლის ბადე (სურ. 8). ყინულის VI სტრუქტურა ეფუძნება ჰექსამერებს - ექვსი წყლის მოლეკულის ბლოკს. მათი კონფიგურაცია ზუსტად იმეორებს სტაბილური წყლის მტევნის სტრუქტურას, რომელიც მოცემულია გამოთვლებით. კუბური მოდიფიკაციის VII და VIII ყინულები, რომლებიც წარმოადგენენ ყინულის VII დაბალტემპერატურულ მოწესრიგებულ ფორმებს, აქვთ მსგავსი სტრუქტურა I ყინულის ჩარჩოებით ერთმანეთში ჩასმული. წნევის შემდგომი მატებით, მანძილი ჟანგბადის ატომებს შორის ბროლის ბადეში ყინული VIIდა VIII შემცირდება, შედეგად წარმოიქმნება ყინულის X სტრუქტურა, რომელშიც ჟანგბადის ატომები განლაგებულია რეგულარულ გისოსად, ხოლო პროტონები მოწესრიგებულია.
ბრინჯი. 7. III კონფიგურაციის ყინული.
ყინული XI წარმოიქმნება ყინულის I h ღრმა გაგრილებით 72 K-ზე დაბალი ტუტეს დამატებით ნორმალური წნევის დროს. ამ პირობებში წარმოიქმნება ჰიდროქსილის კრისტალური დეფექტები, რაც მზარდ ყინულის კრისტალს საშუალებას აძლევს შეცვალოს თავისი სტრუქტურა. Ice XI-ს აქვს რომბისებრი ბროლის გისოსი პროტონების მოწესრიგებული განლაგებით და წარმოიქმნება ერთდროულად მრავალ კრისტალიზაციის ცენტრში, ბროლის ჰიდროქსილის დეფექტებთან.
ბრინჯი. რვა. Ice VI კონფიგურაცია.
ყინულებს შორის ასევე გვხვდება მეტასტაბილური ფორმები IV და XII, რომელთა სიცოცხლის ხანგრძლივობა წამებშია, რომლებსაც აქვთ ყველაზე ლამაზი სტრუქტურა (სურ. 9 და სურ. 10). მეტასტაბილური ყინულის მისაღებად აუცილებელია ყინულის შეკუმშვა 1,8 გპა წნევაზე თხევადი აზოტის ტემპერატურაზე. ეს ყინულები წარმოიქმნება ბევრად უფრო ადვილად და განსაკუთრებით სტაბილურია, როდესაც სუპერგაციებული მძიმე წყალი ექვემდებარება ზეწოლას. კიდევ ერთი მეტასტაბილური მოდიფიკაცია - ყინული IX წარმოიქმნება სუპერგაგრილების დროს ყინული IIIდა არსებითად წარმოადგენს მის დაბალტემპერატურ ფორმას.
ბრინჯი. 9. ყინულის IV-კონფიგურაცია.
ბრინჯი. ათი. ყინულის XII კონფიგურაცია.
ყინულის ბოლო ორი მოდიფიკაცია - მონოკლინიკით XIII და რომბის კონფიგურაციით XIV აღმოაჩინეს ოქსფორდის (დიდი ბრიტანეთი) მეცნიერებმა სულ ახლახან - 2006 წელს. ვარაუდი, რომ ყინულის კრისტალები მონოკლინიკური და რომბული გისოსებით უნდა არსებობდეს, რთული იყო დადასტურებული: წყლის სიბლანტე -160 ° C ტემპერატურაზე ძალიან მაღალია და ძნელია სუფთა სუპერგაციებული წყლის მოლეკულების შეკრება ასეთი რაოდენობით. რომ იქმნება ბროლის ბირთვი. ეს მიღწეული იქნა კატალიზატორის - მარილმჟავას დახმარებით, რომელიც ზრდიდა წყლის მოლეკულების მობილობას დაბალ ტემპერატურაზე. დედამიწაზე ყინულის ასეთი მოდიფიკაციები ვერ წარმოიქმნება, მაგრამ ისინი შეიძლება არსებობდეს კოსმოსში გაცივებულ პლანეტებზე და გაყინულ თანამგზავრებსა და კომეტებზე. ამრიგად, იუპიტერისა და სატურნის თანამგზავრების ზედაპირიდან სიმკვრივისა და სითბოს ნაკადების გამოთვლა საშუალებას გვაძლევს დავამტკიცოთ, რომ განიმედსა და კალისტოს უნდა ჰქონდეთ ყინულის გარსი, რომელშიც ყინულები I, III, V და VI მონაცვლეობენ. ტიტანზე ყინული ქმნის არა ქერქს, არამედ მანტიას, რომლის შიდა ფენა შედგება ყინულის VI, სხვა მაღალი წნევის ყინულებისგან და კლატრატის ჰიდრატებისგან, ხოლო ყინული I h მდებარეობს თავზე.
ბრინჯი. თერთმეტი. ფიფქების მრავალფეროვნება და ფორმა ბუნებაში
დედამიწის ატმოსფეროში მაღლა, დაბალ ტემპერატურაზე, წყალი კრისტალიზდება ტეტრაედრებიდან და ქმნის ექვსკუთხა ყინულს I h. ყინულის კრისტალების ფორმირების ცენტრია მტვრის მყარი ნაწილაკები, რომლებიც ქარის მიერ ატმოსფეროს ზედა ნაწილში ამოდის. ყინულის ამ ემბრიონული მიკროკრისტალის ირგვლივ ნემსები იზრდება ექვსი სიმეტრიული მიმართულებით, რომლებიც წარმოიქმნება წყლის ცალკეული მოლეკულებით, რომლებზეც იზრდება გვერდითი პროცესები - დენდრიტები. ფიფქის ირგვლივ ჰაერის ტემპერატურა და ტენიანობა ერთნაირია, ამიტომ თავდაპირველად იგი სიმეტრიული ფორმისაა. როდესაც ფიფქები წარმოიქმნება, ისინი თანდათან იძირება ატმოსფეროს ქვედა ფენებში, სადაც ტემპერატურა უფრო მაღალია. აქ ხდება დნობა და მათი იდეალური გეომეტრიული ფორმა დამახინჯებულია, წარმოიქმნება სხვადასხვა ფიფქები (სურ. 11).
შემდგომი დნობით, ყინულის ექვსკუთხა სტრუქტურა ნადგურდება და წარმოიქმნება მტევნის ციკლური ასოციაციების ნარევი, აგრეთვე წყლის ტრი-, ტეტრა-, პენტა-, ჰექსამერებიდან (ნახ. 12) და თავისუფალი წყლის მოლეკულები. წარმოქმნილი მტევნის სტრუქტურის შესწავლა ხშირად საგრძნობლად რთულია, ვინაიდან, თანამედროვე მონაცემებით, წყალი არის სხვადასხვა ნეიტრალური მტევნის (H 2 O) n და მათი დამუხტული კასეტური იონების ნარევი [H 2 O] + n და [H. 2 O] - n, რომლებიც იმყოფებიან დინამიურ წონასწორობაში 10 -11 -10 -12 წამის სიცოცხლის ხანგრძლივობას შორის.
ბრინჯი. 12.წყლის შესაძლო მტევანი (a-h) შემადგენლობის (H 2 O) n, სადაც n = 5-20.
კლასტერებს შეუძლიათ ერთმანეთთან ურთიერთქმედება წყალბადის ბმების ამობურცული სახეების გამო, ქმნიან უფრო რთულ პოლიედრულ სტრუქტურებს, როგორიცაა ჰექსაედონი, ოქტაედონი, იკოსაედონი და დოდეკაედონი. ამგვარად, წყლის სტრუქტურა ასოცირდება ეგრეთ წოდებულ პლატონურ მყარ ნაწილებთან (ტეტრაედონი, ჰექსაედონი, ოქტაედრონი, იკოსაედონი და დოდეკაედონი), რომლებიც დაარქვეს ძველი ბერძენი ფილოსოფოსისა და გეომეტრის პლატონის სახელს, რომელმაც აღმოაჩინა ისინი, რომელთა ფორმა განისაზღვრება ოქროს თანაფარდობით. (სურ. 13).
ბრინჯი. 13. პლატონური მყარი ნივთიერებები, რომელთა გეომეტრიული ფორმა განისაზღვრება ოქროს თანაფარდობით.
წვეროების (B), სახეების (G) და კიდეების (P) რაოდენობა ნებისმიერ სივრცულ პოლიედრონში აღწერილია მიმართებით:
C + D = P + 2
რეგულარული მრავალედნის წვეროების (B) რაოდენობის შეფარდება მისი ერთ-ერთი სახის კიდეების რაოდენობასთან (P) ტოლია იმავე მრავალწახნაგების წვეროების (G) შეფარდებას კიდეების რაოდენობასთან ( პ) მისი ერთ-ერთი წვეროდან გამომავალი. ტეტრაედრისთვის ეს თანაფარდობაა 4:3, ჰექსაედრონისთვის (6 სახე) და ოქტაედრონისთვის (8 სახე) - 2:1, ხოლო დოდეკაედრონისთვის (12 სახე) და იკოსაედრონისთვის (20 სახე) - 4:1.
რუსი მეცნიერების მიერ გამოთვლილი მრავალწახნაგოვანი წყლის მტევნის სტრუქტურები დადასტურდა ანალიზის თანამედროვე მეთოდების გამოყენებით: პროტონის მაგნიტურ-რეზონანსული სპექტროსკოპია, ფემტოწამის ლაზერული სპექტროსკოპია, რენტგენის და ნეიტრონული დიფრაქცია წყლის კრისტალებზე. წყლის გროვების აღმოჩენა და წყლის უნარი ინფორმაციის შესანახად 21-ე ათასწლეულის ორი ყველაზე მნიშვნელოვანი აღმოჩენაა. ეს ნათლად ადასტურებს, რომ ბუნებას ახასიათებს სიმეტრია ზუსტი სახით გეომეტრიული ფორმებიდა ყინულის კრისტალებისთვის დამახასიათებელი პროპორციები.
ლიტერატურა.
1. Belyanin V., Romanova E. Life, წყლის მოლეკულა და ოქროს თანაფარდობა // მეცნიერება და სიცოცხლე, 2004, ტ.10, No3, გვ. 23-34.
2. Shumsky P. A., სტრუქტურული ყინულის მეცნიერების საფუძვლები. - მოსკოვი, 1955b გვ. 113.
3. Mosin O.V., Ignatov I. წყლის, როგორც სიცოცხლის სუბსტანციის გაცნობიერება. // ცნობიერება და ფიზიკური რეალობა. 2011, T 16, No12, გვ. 9-22.
4. Petryanov I. V. ყველაზე უჩვეულო ნივთიერება მსოფლიოში. მოსკოვი, პედაგოგიკა, 1981, გვ. 51-53.
5 Eisenberg D, Kautsman V. წყლის სტრუქტურა და თვისებები. - ლენინგრადი, გიდრომეტეოიზდატი, 1975, გვ. 431.
6. Kulsky L. A., Dal V. V., Lenchina L. G. წყალი ნაცნობი და იდუმალია. - კიევი, როდიანსკის სკოლა, 1982, გვ. 62-64.
7. გ.ნ.ზაცეპინა, წყლის სტრუქტურა და თვისებები. - მოსკოვი, რედ. მოსკოვის სახელმწიფო უნივერსიტეტი, 1974, გვ. 125.
8. Antonchenko V. Ya., Davydov N. S., Ilyin V. V. წყლის ფიზიკის საფუძვლები - კიევი, ნაუკოვა დუმკა, 1991, გვ. 167.
9. Simonite T. დნმ-ის მსგავსი ყინული "ნანახი" ნახშირბადის ნანომილაკებში // New Scientist, V. 12, 2006 წ.
10. Emoto M. წყლის შეტყობინებები. საიდუმლო კოდებიყინულის კრისტალები. - სოფია, 2006. გვ. 96.
11. ს.ვ.ზენინი და ბ.ვ.ტიაგლოვი, ჰიდროფობიური ურთიერთქმედების ბუნება. ორიენტაციის ველების გაჩენა წყალხსნარებში // Journal of Physical Chemistry, 1994, V. 68, No3, გვ. 500-503 წწ.
12. Pimentel J., McClellan O. წყალბადის კავშირი - მოსკოვი, ნაუკა, 1964, გვ. 84-85 წწ.
13. Bernal J., Fowler R. Structure of water and ionic solutions // Uspekhi fizicheskikh nauk, 1934, ტ.14, No5, გვ. 587-644 წწ.
14. Hobza P., Zahradnik R. ინტერმოლეკულური კომპლექსები: ვან დერ ვაალის სისტემების როლი ფიზიკურ ქიმიასა და ბიოდისციპლინებში. - მოსკოვი, მირი, 1989, გვ. 34-36.
15. E. R. Pounder, Physics of Ice, თარგმანი. ინგლისურიდან. - მოსკოვი, 1967, გვ. 89.
16. Komarov S. M. მაღალი წნევის ყინულის ნიმუშები. //ქიმია და ცხოვრება, 2007, No2, გვ.48-51.
17. ე.ა.ჟელიგოვსკაია და გ.გ.მალენკოვი. კრისტალური ყინული // უსპეხი ხიმიი, 2006, No75, გვ. 64.
18. Fletcher N. H. ყინულის ქიმიური ფიზიკა, Cambreage, 1970 წ.
19. Nemukhin A. V. მტევნის მრავალფეროვნება // Russian Chemical Journal, 1996, ტ.40, No2, გვ. 48-56.
20. Mosin O.V., Ignatov I. წყლის სტრუქტურა და ფიზიკური რეალობა. // ცნობიერება და ფიზიკური რეალობა, 2011 წ., ტ.16, No9, გვ. 16-32.
21. იგნატოვ ი. ბიოენერგეტიკული მედიცინა. ცოცხალი მატერიის წარმოშობა, წყლის მეხსიერება, ბიორეზონანსი, ბიოფიზიკური ველები. - GaiaLibris, სოფია, 2006, გვ. 93.
ყინულის კრისტალები
ალტერნატიული აღწერილობებიატმოსფერული ფენომენი
ნალექის ტიპი
ზამთრის მხატვრის ფერწერა ერთი ფერით
ყინვაგამძლე
ჰაერის ტენიანობის კრისტალური კონდენსატი
ამინდის ფენომენი
ნაცრისფერი თმა ხეზე
ცისფერი, ლურჯი, მავთულხლართებზე დაწოლილი (სიმღერა)
ყინულის კრისტალების ფენა გაცივებულ ზედაპირზე
გამაგრილებელ ზედაპირზე აორთქლების შედეგად წარმოქმნილი ყინულის კრისტალების თხელი ფენა
თოვლის თხელი ფენა გამაგრილებელ ზედაპირზე
ყინულის კრისტალები წარმოიქმნება ჰაერში წყლის ორთქლისგან
. "მყარი" ნამი
რუსული ბრენდის მაცივარი
აორთქლების შედეგად წარმოიქმნა თოვლის თხელი ფენა
ნალექები
ცისფერი ტახტი კარტოფილი მავთულზე
. "და არა თოვლი და არა ყინული, არამედ მოხსნის ხეებს ვერცხლით" (გამოცანები)
თეთრი ნალექი
ყინვა მავთულებზე
წვიმა ხეებზე
ზამთარში ხეებს ფარავს
ზამთრის ტანსაცმლის ხე
თოვლის ნამი
თოვლი დაფარული ტენიანობა
ზამთრის დარბევა ნაძვებზე
თოვლივით თეთრი ნალექი
Lacy Hoarfrost
თოვლი
თოვლის დარბევა
ზამთრის დარბევა
. "სითეთრე" ხეებზე
ზამთრის ნალექები
ზამთარში ხეებს ახვევს
გაჟღენთილი ორთქლი
ლურჯი ტახტის კარტოფილი (სიმღერა)
გაყინული ორთქლი
ხეების ზამთრის ჩაცმულობა
თეთრი ზამთრის ფარდა
ლურჯ-ლურჯი მავთულებზე დაეშვა
. ნამი ზამთარში
თოვლის ნამი
ნალექი სადენებზე
ზამთარში ხეებში
ცისფერი მავთულებზე დაეშვა
თოვლის თხელი ფენა
თოვლი ტოტებზე და მავთულებზე
. "და ნაძვი მეშვეობით ... მწვანე ხდება"
ლურჯი ტახტის კარტოფილი (სიმღერა)
ვერცხლის ხის დასრულება
ნალექები ზამთარში
ლურჯი ნალექი სადენებზე (სიმღერა)
ყინვის კიდევ ერთი სახელი
რიმე ფაქტიურად
. "ზღურბლში შესვლისას ყველგან..."
Hoarfrost მოკლედ
ყინვა ცივი ღამის შემდეგ
. "ყინვის გროვა"
თითქმის თოვლი
თოვლის ფარდა
გაყინული ნამი
თითქმის იგივეა, რაც ყინვა
დილით თითქმის თოვს
Hoarfrost მავთულხლართებზე სიმღერაში
ზამთრის ფარდა ბუჩქებზე
გაყინული ორთქლი
ზამთრის ნამი
ბუჩქების ზამთრის საფარი
. "ნაცრისფერი თმა" ტოტებზე
. "ყინვის ფუმფულა"
ყინულის თხელი ფენა
თოვლის თხელი ფენა
ზამთრის "ნაცრისფერი თმა"
ბუჩქების ზამთრის საფარი
მავთულებზე რომ ეგდო
ყინული ტოტებზე
ყინვა ხეებზე
ზამთრის ვერცხლი ხეებზე
გონჩაროვას ნახატი
შემოდგომაზე მანქანიდან რა უნდა გამოგლიოთ
ზამთრის ყინვა
გაყინული ორთქლი
ატმოსფერული ფენომენი
გამაგრილებელ ზედაპირზე აორთქლების შედეგად წარმოქმნილი ყინულის კრისტალების თხელი ფენა
. "და ნაძვი ზემოდან ... მწვანე ხდება"
. "ზღურბლში შესვლისას ყველგან..."
. "ყინვის გროვა"
. "ყინვაგამძლე ფუმფულა"
. "გაყინული" ნამი
. ზამთარში როზა
. "ნაცრისფერი თმა" ტოტებზე
. "ლურჯი ლურჯი... დაწექი სადენებზე"
. "და არა თოვლი და არა ყინული, არამედ მოხსნის ხეებს ვერცხლით" (გამოცანა)
. "სითეთრე" ხეებზე
ზამთრის "ნაცრისფერი თმა"
გაყინული ორთქლი, ტენიანობა ჰაერში, რომელიც ჩერდება ჰაერზე უფრო ცივ ობიექტებზე და იყინება მათზე, რაც ხდება ძლიერი ყინვების დაბრუნების შემდეგ. სუნთქვისგან ყინვა ზის წვერზე, საყელოზე. ხეებზე სქელი ყინვაგამძლე, კურჟა, კოლბა. ნაყოფზე ყინვა, ოფლიანი სიბნელე. ფუმფულა ყინვაგამძლე - ვედრომდე. დიდი ყინვაგამძლე, თოვლის ბორცვები, ღრმად გაყინული მიწა, მარცვლეულის წარმოებამდე. დიდი ყინვა მთელი ზამთარი, მძიმე ზაფხული ჯანმრთელობისთვის. წინასწარმეტყველ ანგაის და დანიელზე ყინვა, თბილი შობა და დეკემბერი. გრიგოლ ნიკელის იანვარზე) ყინვა თივის ფენებზე - სველ წლამდე. Hoarfrost, დაფარული ყინვაგამძლე; ყინვაგამძლე; უხვი ყინვა. ყინვაგამძლე, ყინვაგამძლე, მაგრამ ნაკლებად. ინელი მ ყინვის სიმძიმით გატეხილი ხეების ტოტებზე. ყინვაგამძლე თუ მოყინვა, მოყინვა, მოყინვა?, ყინვაგამძლე. ქოხის კუთხეები გაყინული და ყინვაგამძლეა, დაბუჟებული
გაყინული ნამი
ლურჯ-ლურჯი, მავთულებზე დაწექი
. "ლურჯი-ლურჯი... დაწექი მავთულხლართებზე"
ყველას არაერთხელ გვსმენია წყლის უნიკალური თვისებების შესახებ. თუ "უფერო და უსუნო სითხე" არ გააჩნდა განსაკუთრებული თვისებები, დედამიწაზე სიცოცხლე მისი დღევანდელი ფორმით შეუძლებელი იქნებოდა. იგივე შეიძლება ითქვას წყლის მყარ ფორმაზე - ყინულზე. ახლა მეცნიერებმა გაარკვიეს მისი კიდევ ერთი საიდუმლო: ახლახან გამოქვეყნებულ კვლევაში ექსპერტებმა საბოლოოდ დაადგინეს ზუსტად რამდენი მოლეკულაა საჭირო ყინულის კრისტალის მისაღებად.
უნიკალური კავშირი
წყლის საოცარი თვისებების სია შეიძლება ძალიან გრძელი იყოს. მას აქვს ყველაზე მაღალი სპეციფიკური სითბოს ტევადობა სითხეებსა და მყარ სხეულებს შორის, მისი კრისტალური ფორმის სიმკვრივე - ანუ ყინული - ნაკლებია წყლის სიმკვრივეზე თხევად მდგომარეობაში, ადაპტაციის უნარი ("ჯოხი"), მაღალი ზედაპირული დაძაბულობა - ეს ყველაფერი და მრავალი სხვა საშუალებას აძლევს სიცოცხლეს დედამიწაზე, როგორც ასეთზე.
წყალი თავის უნიკალურობას წყალბადის ობლიგაციებს, უფრო სწორად კი მათ რაოდენობას ევალება. მათი დახმარებით ერთ H 2 O მოლეკულას შეუძლია „დაკავშირება“ ოთხ სხვა მოლეკულასთან. ასეთი „კონტაქტები“ შესამჩნევად ნაკლებად ძლიერია, ვიდრე კოვალენტური ბმები (ერთგვარი „ჩვეულებრივი“ ბმები, რომლებიც ერთმანეთს უჭირავს, მაგალითად, წყალბადის და ჟანგბადის ატომებს წყლის მოლეკულაში), და თითოეული წყალბადის ბმის ცალკეული გაწყვეტა საკმაოდ მარტივია. მაგრამ წყალში უამრავი ასეთი ურთიერთქმედებაა და ერთად ისინი შესამჩნევად ზღუდავენ H 2 O მოლეკულების თავისუფლებას, რაც ხელს უშლის მათ „ამხანაგებს“ ზედმეტად ადვილად დაშორებას, ვთქვათ, გაცხელებისას. თითოეული წყალბადის ბმა არსებობს წამის უმცირესი ნაწილის განმავლობაში - ისინი მუდმივად ნადგურდებიან და ხელახლა იქმნება. მაგრამ ამავდროულად, ნებისმიერ მომენტში, წყლის მოლეკულების უმეტესობა ჩართულია მათ "მეზობლებთან" ურთიერთქმედებაში.
წყალბადის ბმები ასევე პასუხისმგებელია წყლის უჩვეულო ქცევაზე კრისტალიზაციის დროს, ანუ ყინულის წარმოქმნის დროს. ოკეანის ზედაპირზე მცურავი აისბერგები, ყინულის ქერქი მტკნარ წყალში - ყველა ეს ფენომენი არ გვაკვირვებს, რადგან ჩვენ მათ დაბადებიდან შევეჩვიეთ. მაგრამ დედამიწაზე მთავარი რომ არა წყალი, არამედ რაიმე სხვა სითხე იყოს, მაშინ არც ყინულის მოედანი და არც ყინულის თევზაობა საერთოდ არ იარსებებდა. თხევადი მდგომარეობიდან მყარ მდგომარეობაში გადასვლისას თითქმის ყველა ნივთიერების სიმკვრივე იზრდება, რადგან მოლეკულები უფრო მჭიდროდ არიან „დაჭერილი“ ერთმანეთზე, რაც იმას ნიშნავს, რომ ერთეულ მოცულობაზე მეტია.
სხვა სიტუაციაა წყალთან დაკავშირებით. 4 გრადუს ცელსიუსამდე ტემპერატურაზე H 2 O-ის სიმკვრივე დისციპლინირებულად იზრდება, მაგრამ როდესაც ეს ზღვარი გადაკვეთს, ის მკვეთრად ეცემა 8 პროცენტით. შესაბამისად იზრდება გაყინული წყლის მოცულობა. ეს თვისება კარგად არის ცნობილი მილების მქონე სახლების მაცხოვრებლებისთვის, რომლებიც დიდი ხნის განმავლობაში არ შეკეთებულა ან მათ, ვინც დაივიწყა დაბალი ალკოჰოლური სასმელები საყინულეში.
წყლის სიმკვრივის ანომალიური ცვლილების მიზეზი თხევადი მდგომარეობიდან მყარ მდგომარეობაში გადასვლისას მდგომარეობს იმავე წყალბადის ბმებში. ყინულის კრისტალური გისოსი თაფლის საჭეს წააგავს, რომლის ექვს კუთხეში წყლის მოლეკულებია განლაგებული. ისინი ერთმანეთთან დაკავშირებულია წყალბადის ბმებით და მათი სიგრძე აღემატება "ჩვეულებრივი" კოვალენტური ბმის სიგრძეს. შედეგად, გამაგრებული H 2 O-ს მოლეკულებს შორის უფრო მეტი ცარიელი სივრცეა, ვიდრე მათ შორის იყო თხევად მდგომარეობაში, როდესაც ნაწილაკები თავისუფლად მოძრაობდნენ და შეიძლება ძალიან ახლოს მიუახლოვდნენ ერთმანეთს. მოცემულია წყლის თხევადი და მყარი ფაზის მოლეკულების შეფუთვის ვიზუალური შედარება, მაგალითად,.
წყლის განსაკუთრებული თვისებები და განსაკუთრებული მნიშვნელობა დედამიწის მკვიდრთათვის უზრუნველყოფდა მის მუდმივ ყურადღებას მეცნიერთა მხრიდან. დიდი გაზვიადება არ იქნება იმის თქმა, რომ წყალბადის ორი ატომისა და ერთი ჟანგბადის ატომის ერთობლიობა პლანეტაზე ყველაზე საგულდაგულოდ შესწავლილი ნივთიერებაა. მიუხედავად ამისა, სპეციალისტები, რომლებმაც თავიანთი ინტერესის საგანი აირჩიეს H 2 O, სამუშაოს გარეშე არ დარჩებიან. მაგალითად, მათ ყოველთვის შეუძლიათ შეისწავლონ, თუ როგორ გადაიქცევა თხევადი წყალი მყარ ყინულად. კრისტალიზაციის პროცესი, რომელიც იწვევს ასეთ დრამატულ ცვლილებებს ყველა თვისებაში, ძალიან სწრაფად ხდება და მისი ბევრი დეტალი ჯერ კიდევ უცნობია. ჟურნალის ბოლო ნომრის გამოსვლის შემდეგ მეცნიერებაკიდევ ერთი საიდუმლო: ახლა მეცნიერებმა ზუსტად იციან, რამდენი წყლის მოლეკულა უნდა ჩადოთ ჭიქაში, რათა სიცივეში მისი შიგთავსი ნაცნობ ყინულში გადაიზარდოს.
სხვადასხვა ყინული
სიტყვა "ჩვეულებრივი" წინა წინადადებაში არ არის გამოყენებული სტილისტური მიზეზების გამო. ხაზს უსვამს იმას ჩვენ ვსაუბრობთკრისტალური ყინულის შესახებ - თაფლისებრი ექვსკუთხა გისოსით. მიუხედავად იმისა, რომ ასეთი ყინული ჩვეულებრივია მხოლოდ დედამიწაზე, ყინულის სრულიად განსხვავებული ფორმა ჭარბობს გაუთავებელ ვარსკვლავთშორის სივრცეში, რომელიც მზიდან მესამე პლანეტაზე ძირითადად ლაბორატორიებში მიიღება. ამ ყინულს ამორფულს უწოდებენ და მას არ აქვს რეგულარული სტრუქტურა.
ამორფული ყინულის მიღება შესაძლებელია, თუ თხევადი წყალი გაცივდება ძალიან სწრაფად (მილიწამებში ან უფრო სწრაფად) და ძალიან ძლიერად (120 კელვინზე ქვემოთ - მინუს 153,15 გრადუსი ცელსიუსი). ასეთ ექსტრემალურ პირობებში, H 2 O მოლეკულებს არ აქვთ დრო მოწესრიგებულ სტრუქტურაში ორგანიზებისთვის და წყალი იქცევა ბლანტი სითხეში, რომლის სიმკვრივე ოდნავ აღემატება ყინულს. თუ ტემპერატურა დაბალია, მაშინ წყალი შეიძლება დარჩეს ამორფული ყინულის სახით ძალიან დიდი ხნის განმავლობაში, მაგრამ როდესაც ის ათბობს, ის გადადის კრისტალური ყინულის უფრო ნაცნობ მდგომარეობაში.
წყლის მყარი ფორმის ჯიშები არ შემოიფარგლება მხოლოდ ამორფული და ექვსკუთხა კრისტალური ყინულით - საერთო ჯამში, დღეს მეცნიერებისთვის ცნობილია მისი 15-ზე მეტი სახეობა. დედამიწაზე ყველაზე გავრცელებულ ყინულს ყინული I h ჰქვია, მაგრამ ზედა ატმოსფეროში ასევე შეგიძლიათ იპოვოთ ყინული I c, რომლის ბროლის გისოსი წააგავს ბრილიანტის გისოსს. ყინულის სხვა მოდიფიკაციები შეიძლება იყოს ტრიგონალური, მონოკლინიკური, კუბური, რომბული და ფსევდორჰომბული.
მაგრამ ზოგიერთ შემთხვევაში, ამ ორ მდგომარეობას შორის ფაზური გადასვლა არ მოხდება: თუ წყლის მოლეკულები ძალიან ცოტაა, მაშინ მკაცრად ორგანიზებული გისოსის ფორმირების ნაცვლად, ისინი "ურჩევნიათ" დარჩეს ნაკლებად მოწესრიგებულ ფორმაში. „ნებისმიერ მოლეკულურ კლასტერში, ზედაპირზე არსებული ურთიერთქმედებები კონკურენციას უწევს კლასტერის შიგნით არსებულ ურთიერთქმედებებს“, განუმარტა Lente.ru-ს ახალი ნაშრომის ერთ-ერთმა ავტორმა, გიოტინგენის უნივერსიტეტის ფიზიკური ქიმიის ინსტიტუტის თანამშრომელმა, თომას ზეუხმა. „პატარა მტევნებისთვის, ენერგიულად უფრო ხელსაყრელი აღმოჩნდება, რომ კასეტური ზედაპირის სტრუქტურა მაქსიმალურად გაზარდოს, ვიდრე კრისტალური ბირთვის შექმნა. ამიტომ, ასეთი მტევანი რჩება ამორფული“.
გეომეტრიის კანონები გვკარნახობს, რომ კლასტერის ზომის ზრდასთან ერთად, ზედაპირზე გამოჩენილი მოლეკულების ფრაქცია მცირდება. რაღაც მომენტში, ენერგეტიკული სარგებელი კრისტალური მედის წარმოქმნით აჭარბებს კლასტერის ზედაპირზე მოლეკულების ოპტიმალური განლაგების უპირატესობებს და ხდება ფაზური გადასვლა. მაგრამ როდის დადგება ზუსტად ეს მომენტი, მეცნიერებმა არ იცოდნენ.
გოტინგენის დინამიკისა და თვითორგანიზაციის ინსტიტუტიდან პროფესორ უდო ბაკის (Udo Buck) ხელმძღვანელობით მომუშავე მკვლევართა ჯგუფმა მოახერხა პასუხის გაცემა. ეს აჩვენეს ექსპერტებმა მინიმალური რაოდენობამოლეკულები, რომლებსაც შეუძლიათ ყინულის კრისტალის შექმნა, არის 275 პლუს ან მინუს 25 ცალი.
თავის კვლევაში მეცნიერებმა გამოიყენეს ინფრაწითელი სპექტროსკოპიის მეთოდი, მოდერნიზებული ისე, რომ გამომავალს შეეძლო განასხვავოს სპექტრები, რომლებიც წარმოქმნიან წყლის მტევანებს, რომლებიც ზომით განსხვავდებიან მხოლოდ რამდენიმე მოლეკულით. ავტორების მიერ შემუშავებული მეთოდი იძლევა მაქსიმალურ გარჩევადობას კლასტერებისთვის, რომლებიც შეიცავს 100-დან 1000 მოლეკულამდე - კერძოდ, ამ ინტერვალში, როგორც ითვლებოდა, დევს "ზღურბლის" რიცხვი, რის შემდეგაც იწყება კრისტალიზაცია.
მეცნიერებმა შექმნეს ამორფული ყინული ჰელიუმთან შერეული წყლის ორთქლის ვაკუუმ კამერაში ძალიან თხელი ხვრელის გავლით. პაწაწინა ხვრელში შესვლის მცდელობისას, წყლისა და ჰელიუმის მოლეკულები განუწყვეტლივ ეჯახებოდნენ ერთმანეთს და ამ ჩახშობისას დაკარგეს კინეტიკური ენერგიის მნიშვნელოვანი ნაწილი. შედეგად, უკვე „დამშვიდებული“ მოლეკულები, რომლებიც ადვილად ქმნიან მტევანებს, მოხვდნენ ვაკუუმურ პალატაში.
წყლის მოლეკულების რაოდენობის შეცვლით და მიღებული სპექტრების შედარებით, მკვლევარებმა შეძლეს ყინულის ამორფულიდან კრისტალურ ფორმაზე გადასვლის მომენტის აღმოჩენა (ამ ორი ფორმის სპექტრებს ძალიან დამახასიათებელი განსხვავებები აქვთ). მეცნიერთა მიერ მიღებული დინამიკა კარგად ეთანხმებოდა თეორიულ მოდელებს, რომლებიც ვარაუდობენ, რომ „X წერტილის“ გავლის შემდეგ ბროლის გისოსის წარმოქმნა იწყება მტევნის შუაში და ვრცელდება მის კიდეებზე. ნიშანი იმისა, რომ კრისტალიზაცია გარდაუვალია (ისევ, თეორიული კვლევების მიხედვით) არის რგოლის ფორმირება ექვსი წყალბადით შეკრული მოლეკულისგან - ეს ხდება მაშინ, როდესაც კლასტერში მოლეკულების საერთო რაოდენობა ხდება 275. მოლეკულების რაოდენობის შემდგომი ზრდა იწვევს გისოსის თანდათანობით ზრდას და 475 ცალი სტადიაზე ყინულის კასეტური სპექტრი უკვე სრულიად არ განსხვავდება იმ სპექტრისგან, რომელიც იძლევა ჩვეულებრივ კრისტალურ ყინულს.
"ამორფულიდან კრისტალურ მდგომარეობიდან მიკრო დონეზე ფაზის გადასვლის მექანიზმი ჯერ არ არის დეტალურად შესწავლილი", - განმარტავს ზეუხი. "ჩვენი ექსპერიმენტული მონაცემების შედარება შეგვიძლია მხოლოდ თეორიულ პროგნოზებთან - და ამ შემთხვევაში შეთანხმება აღმოჩნდა. საოცრად კარგი.ახლა, არსებული შედეგებიდან დაწყებული, ჩვენ, თეორიულ ქიმიკოსებთან ერთად, შევძლებთ გავაგრძელოთ ფაზური გადასვლის შესწავლა და, კერძოდ, შევეცდებით გავარკვიოთ, რამდენად სწრაფად ხდება ეს.
ბაკისა და კოლეგების ნამუშევრები მიეკუთვნება „წმინდა ფუნდამენტურ“ კატეგორიას, თუმცა მას ასევე აქვს გარკვეული პრაქტიკული პერსპექტივები. ავტორები არ გამორიცხავენ, რომ მომავალში მათ მიერ შექმნილ ტექნოლოგიას წყლის გროვების შესასწავლად, რაც შესაძლებელს ხდის განსხვავებების დანახვას რამდენიმე მოლეკულის დამატებისას, ასევე მოთხოვნადი იყოს გამოყენებული სფეროებში. "ჩვენს სტატიაში ჩვენ აღვწერეთ ტექნოლოგიის ყველა ძირითადი კომპონენტი, ასე რომ, პრინციპში, ის შეიძლება იყოს საკმაოდ ადაპტირებული სხვა ნეიტრალური მოლეკულების გროვების შესასწავლად. თუმცა, ლაზერული მოწყობილობის ძირითადი პრინციპები უკვე 1917 წელს იქნა გაგებული. პირველი ლაზერი კი მხოლოდ 1960-იან წლებში შეიქმნა“, - აფრთხილებს ზეუხი ზედმეტი ოპტიმიზმის წინააღმდეგ.
