Mažas ledo kristalas taip jis vadinamas. Minimalus molekulių skaičius. Priėmimo požymiai ir simptomai

O. V. Mosinas, I. Ignatovas (Bulgarija)

anotacija Negalima nuvertinti ledo svarbos palaikant gyvybę mūsų planetoje. Ledas daro didelę įtaką augalų ir gyvūnų gyvenimo sąlygoms bei gyvenimui ir kt skirtingi tipaižmonių ūkinė veikla. Vandenį dengiantis ledas dėl mažo tankio atlieka plūduriuojančio ekrano vaidmenį gamtoje, saugantis upes ir rezervuarus nuo tolesnio užšalimo ir išsaugantis povandeninių gyventojų gyvybę. Ledo panaudojimas įvairiems tikslams (sniego sulaikymas, ledo sankryžų ir izoterminių sandėlių įrengimas, saugyklų ir kasyklų ledo klojimas) yra daugelio hidrometeorologijos ir inžinerijos mokslų skyrių, tokių kaip ledo technologija, sniego technologija, inžinerija, tema. amžinojo įšalo, taip pat specialiųjų tarnybų ledo žvalgybos, ledo laužymo transporto ir sniego valytuvų veiklai. Natūralus ledas naudojamas maisto produktų, biologinių ir medicininių produktų laikymui ir aušinimui, kuriems jis specialiai gaminamas ir nuimamas, o tirpstantis ledas paruoštas tirpstantis vanduo liaudies medicinoje naudojamas medžiagų apykaitai gerinti ir toksinams iš organizmo šalinti. Straipsnis supažindina skaitytoją su naujomis mažai žinomomis ledo savybėmis ir modifikacijomis.

Ledas yra kristalinė vandens forma, kuri, naujausiais duomenimis, turi keturiolika struktūrinių modifikacijų. Tarp jų yra ir kristalinių (natūralaus ledo), ir amorfinių (kubinio ledo) ir metastabilių modifikacijų, kurios skiriasi viena nuo kitos vandens molekulių, susietų vandenilio ryšiais, kurie sudaro ledo kristalinę gardelę, tarpusavio išsidėstymu ir fizinėmis savybėmis. Visi jie, išskyrus įprastus natūralus ledas I h , kristalizuojasi šešiakampėje gardelėje, susidaro egzotiškomis sąlygomis – esant labai žemai sauso ledo ir skysto azoto temperatūrai bei dideliam tūkstančių atmosferų slėgiui, kai keičiasi vandenilio jungčių kampai vandens molekulėje ir kitokios nei šešiakampės kristalų sistemos. susidaro. Tokios sąlygos primena kosmines sąlygas ir Žemėje neaptinkamos.

Gamtoje ledą daugiausia vaizduoja viena kristalinė atmaina, kristalizuojasi šešiakampėje gardelėje, primenančioje deimanto struktūrą, kur kiekvieną vandens molekulę supa keturios arčiausiai jos esančios molekulės, esančios vienodais atstumais nuo jo, lygios 2,76 angstremo ir išsidėsčiusios. taisyklingo tetraedro viršūnėse. Dėl mažo koordinavimo skaičiaus ledo struktūra yra tinklinė, o tai turi įtakos jo mažam tankiui, kuris yra 0,931 g/cm 3 .

Labiausiai neįprasta ledo savybė yra nuostabi išorinių apraiškų įvairovė. Turėdamas tą pačią kristalų struktūrą, jis gali atrodyti visiškai kitaip – ​​skaidrių krušos akmenų ir varveklių, purių sniego dribsnių, tankios blizgančios ledo plutos ar milžiniškų ledynų masių pavidalu. Ledas gamtoje pasitaiko žemyninio, plaukiojančio ir požeminis ledas, taip pat sniego ir šerkšno pavidalu. Jis yra plačiai paplitęs visose žmonių gyvenamosiose srityse. Surinkus didelius kiekius, sniegas ir ledas sudaro ypatingas struktūras, kurių savybės iš esmės skiriasi nuo atskirų kristalų ar snaigių. Natūralų ledą daugiausia sudaro nuosėdinės-metamorfinės kilmės ledas, susidaręs iš kietų atmosferos kritulių dėl vėlesnio tankinimo ir perkristalizavimo. Būdingas natūralaus ledo bruožas yra granuliuotumas ir juostingumas. Granuliuotumas atsiranda dėl rekristalizacijos procesų; kiekvienas ledyninio ledo grūdelis yra netaisyklingos formos kristalas, glaudžiai besiribojantis su kitais ledo masės kristalais taip, kad vieno kristalo iškyšos tvirtai tilptų į kito įdubas. Toks ledas vadinamas polikristaliniu. Jame kiekvienas ledo kristalas yra ploniausių lapelių sluoksnis, persidengiantis vienas su kitu bazinėje plokštumoje, statmenai kristalo optinės ašies krypčiai.

Apskaičiuota, kad visos ledo atsargos Žemėje yra apie 30 mln. km 3(1 lentelė). Didžioji ledo dalis yra susitelkusi Antarktidoje, kur jo sluoksnio storis siekia 4 km. Taip pat yra įrodymų, kad saulės sistemos planetose ir kometose yra ledo. Ledas yra toks svarbus mūsų planetos klimatui ir gyvų būtybių apsigyvenimui jame, kad mokslininkai ledui paskyrė specialią aplinką – kriosferą, kurios ribos driekiasi aukštai į atmosferą ir giliai į žemės plutą.

Skirtukas. vienas. Ledo kiekis, pasiskirstymas ir tarnavimo laikas.

• Ledo rūšis; Svoris; Paskirstymo zona; Vidutinė koncentracija, g/cm2; Svorio augimo tempas, g/metus; Vidutinis gyvenimo laikas, metai
• G; %; milijonas km2; %
• Ledynai; 2,4 1022; 98,95; 16,1; 10,9 sušių; 1,48 105; 2,5 1018; 9580
• požeminis ledas; 2 1020; 0,83; 21; 14,1 sušių; 9,52 103; 6 1018; 30-75
• jūros ledas; 3,5 1019; 0,14; 26; 7,2 vandenynai; 1,34 102; 3,3 1019; 1.05
• Sniego danga; 1,0 1019; 0,04; 72,4; 14.2 Žemės; 14,5; 2 1019; 0,3-0,5
• ledkalniai; 7,6 1018; 0,03; 63,5; 18,7 vandenynas; 14,3; 1,9 1018; 4.07
• atmosferos ledas; 1,7 1018; 0,01; 510,1; 100 Žemė; 3,3 10-1; 3,9 1020; 4 10-3

Ledo kristalai yra unikalūs savo forma ir proporcijomis. Bet koks augantis natūralus kristalas, įskaitant ledo ledo kristalą, visada stengiasi sukurti idealią, taisyklingą kristalinę gardelę, nes tai naudinga minimalios jo vidinės energijos požiūriu. Bet kokios priemaišos, kaip žinoma, iškreipia kristalo formą, todėl kristalizuojant vandenį į gardelę pirmiausia patenka vandens molekulės, o į skystį išstumiami svetimi atomai ir priemaišų molekulės. Ir tik tada, kai priemaišos neturi kur dingti, ledo kristalas pradeda jas statyti į savo struktūrą arba palieka jas tuščiavidurių kapsulių pavidalu su koncentruotu neužšąlančiu skysčiu – sūrymu. Todėl jūros ledas yra gaivus ir net nešvariausi vandens telkiniai yra padengti skaidriais ir grynas ledas. Kai ledas tirpsta, jis išstumia nešvarumus į sūrymą. Planetiniu mastu vandens užšalimo ir atitirpimo reiškinys kartu su vandens garavimu ir kondensacija atlieka milžiniško valymo proceso, kurio metu vanduo Žemėje nuolat valosi, vaidmenį.

Skirtukas. 2. Kai kurios fizinės ledo savybės I.

Nuosavybė

Reikšmė

Pastaba

Šiluminė talpa, cal/(g °C) Lydymosi šiluma, cal/g Garavimo šiluma, cal/g

0,51 (0 °C) 79,69 677

Stipriai mažėja mažėjant temperatūrai

Šiluminio plėtimosi koeficientas, 1/°C

9,1 10-5 (0 °C)

Polikristalinis ledas

Šilumos laidumas, cal/(cm sek °C)

4,99 10 -3

Polikristalinis ledas

Lūžio rodiklis:

1,309 (-3°C)

Polikristalinis ledas

Savitasis elektros laidumas, om-1 cm-1

10-9 (0°C)

Tariama aktyvavimo energija 11 kcal/mol

Paviršinis elektrinis laidumas, om-1

10-10 (-11°C)

Tariama aktyvavimo energija 32 kcal/mol

Youngo tamprumo modulis, dyne/cm2

9 1010 (-5 °C)

Polikristalinis ledas

Atsparumas, MN/m2: gniuždymo plyšimas

2,5 1,11 0,57

polikristalinis ledas polikristalinis ledas polikristalinis ledas

Dinaminis klampumas, pusiausvyra

Polikristalinis ledas

Aktyvacijos energija deformacijos ir mechaninio atsipalaidavimo metu, kcal/mol

Tiesiškai didėja 0,0361 kcal/(mol °C) nuo 0 iki 273,16 K

Pastaba: 1 cal/(g °C)=4,186 kJ/(kg K); 1 omas -1 cm -1 \u003d 100 sim / m; 1 dina = 10–5 N ; 1 N = 1 kg m/s²; 1 dinas/cm=10-7 N/m; 1 cal / (cm sek ° C) \u003d 418,68 W / (m K); 1 poise \u003d g / cm s \u003d 10 -1 N sek / m 2.

Dėl plataus ledo paplitimo Žemėje, ledo fizikinių savybių skirtumas (2 lentelė) nuo kitų medžiagų savybių vaidina svarbų vaidmenį daugelyje gamtos procesų. Ledas turi daug kitų gyvybę palaikančių savybių ir anomalijų – tankio, slėgio, tūrio ir šilumos laidumo anomalijų. Jei nebūtų vandenilio jungčių, jungiančių vandens molekules į kristalą, ledas ištirptų -90 °C temperatūroje. Bet tai neįvyksta dėl vandenilio ryšių tarp vandens molekulių. Dėl mažesnio nei vandens tankio ledas sudaro vandens paviršiuje plūduriuojančią dangą, kuri apsaugo upes ir rezervuarus nuo dugno užšalimo, nes jo šilumos laidumas yra daug mažesnis nei vandens. Tuo pačiu metu mažiausias tankis ir tūris stebimas esant +3,98 °C (1 pav.). Tolesnis vandens aušinimas iki 0 0 C laipsniškai lemia ne jo tūrio sumažėjimą, o padidėjimą beveik 10%, kai vanduo virsta ledu. Toks vandens elgesys rodo, kad vandenyje vienu metu egzistuoja dvi pusiausvyros fazės – skystoji ir kvazikristalinė, pagal analogiją su kvazikristalais, kurių kristalinė gardelė ne tik turi periodinę struktūrą, bet ir turi skirtingos eilės simetrijos ašis. kurių egzistavimas anksčiau prieštaravo kristalografų idėjoms. Ši teorija, kurią pirmą kartą iškėlė žinomas šalies teorinis fizikas Ya. I. Frenkelis, remiasi prielaida, kad kai kurios skysčio molekulės sudaro beveik kristalinę struktūrą, o likusios molekulės yra panašios į dujas. juda per garsumą. Molekulių pasiskirstymas nedidelėje bet kurios fiksuotos vandens molekulės kaimynystėje turi tam tikrą tvarką, šiek tiek primenančią kristalinę, nors ir laisvesnę. Dėl šios priežasties vandens struktūra kartais vadinama kvazikristaline arba panašia į kristalą, t.

Ryžiai. vienas. Ledo ir vandens specifinio tūrio priklausomybė nuo temperatūros

Kita savybė yra ta, kad ledo tėkmės greitis yra tiesiogiai proporcingas aktyvacijos energijai ir atvirkščiai proporcingas absoliučiai temperatūrai, todėl temperatūrai mažėjant ledas savo savybėmis priartėja prie absoliučiai kieto kūno. Vidutiniškai esant temperatūrai, artimai tirpimui, ledo takumas yra 10 6 kartus didesnis nei uolienų. Ledas dėl savo takumo nesikaupia vienoje vietoje, o nuolat juda ledynų pavidalu. Ryšys tarp srauto greičio ir įtempių polikristaliniame lede yra hiperbolinis; apytiksliai apibūdinant jį galios lygtimi, rodiklis didėja didėjant įtampai.

Matomos šviesos ledas praktiškai nesugeria, nes šviesos spinduliai praeina pro ledo kristalą, tačiau blokuoja ultravioletinę spinduliuotę ir didžiąją dalį saulės infraraudonosios spinduliuotės. Šiose spektro srityse ledas atrodo visiškai juodas, nes šviesos sugerties koeficientas šiose spektro srityse yra labai didelis. Skirtingai nuo ledo kristalų, balta šviesa, krintanti ant sniego, nėra sugeriama, o daug kartų lūžta ledo kristaluose ir atsispindi nuo jų veidų. Štai kodėl sniegas atrodo baltas.

Dėl labai didelio ledo (0,45) ir sniego atspindžio (iki 0,95) jų dengiamas plotas per metus vidutiniškai yra apie 72 mln. km 2 abiejų pusrutulių aukštosiose ir vidutinėse platumose - gauna 65% mažiau saulės šilumos nei įprastai ir yra galingas vėsinimo šaltinis žemės paviršiaus, kuris iš esmės lemia šiuolaikinį platumos klimato zoniškumą. Vasarą poliariniuose regionuose saulės spinduliuotė yra didesnė nei pusiaujo juostoje, nepaisant to, temperatūra išlieka žema, nes nemaža dalis sugertos šilumos išleidžiama tirpstančiam ledui, kurio tirpimo šiluma labai aukšta.

Kitos neįprastos ledo savybės yra elektromagnetinės spinduliuotės generavimas iš jo augančių kristalų. Yra žinoma, kad dauguma vandenyje ištirpusių priemaišų nepersikelia į ledą, kai jis pradeda augti; jie sustingsta. Todėl net ant nešvariausios balos ledo plėvelė yra švari ir skaidri. Šiuo atveju prie kietos ir skystos terpės ribos kaupiasi priemaišos dviejų skirtingų ženklų elektros krūvių sluoksnių pavidalu, kurie sukelia didelį potencialų skirtumą. Įkrautas priemaišų sluoksnis juda kartu su apatine riba jaunas ledas ir skleidžia elektromagnetines bangas. Dėl šios priežasties kristalizacijos procesą galima stebėti išsamiai. Taigi kristalas, augantis į ilgį adatos pavidalu, spinduliuoja kitaip nei padengtas šoniniais procesais, o augančių grūdų spinduliuotė skiriasi nuo to, kuri atsiranda kristalams trūkinėjant. Iš spinduliavimo impulsų formos, sekos, dažnio ir amplitudės galima nustatyti, kaip greitai ledas užšąla ir kokia ledo struktūra susidaro.

Tačiau labiausiai stebina ledo struktūra yra tai, kad vandens molekulės, esančios žemoje temperatūroje ir esant dideliam slėgiui anglies nanovamzdelių viduje, gali kristalizuotis į dvigubos spiralės formą, primenančią DNR molekules. Tai įrodė naujausi kompiuteriniai eksperimentai, kuriuos atliko amerikiečių mokslininkai, vadovaujami Xiao Cheng Zeng iš Nebraskos universiteto (JAV). Kad vanduo imituojamo eksperimento metu susidarytų spiralę, jis buvo patalpintas į nanovamzdelius, kurių skersmuo 1,35–1,90 nm, esant aukštam slėgiui, svyruojančiam nuo 10 iki 40 000 atmosferų, ir nustatyta –23 °C temperatūra. Tikėtasi, kad vanduo visais atvejais sudaro ploną vamzdinę struktūrą. Tačiau modelis parodė, kad esant 1,35 nm nanovamzdelio skersmeniui ir 40 000 atmosferų išoriniam slėgiui, vandenilio ryšiai ledo struktūroje buvo sulinkę, todėl susidarė dvisienė spiralė – vidinė ir išorinė. Tokiomis sąlygomis vidinė sienelė pasirodė susisukusi į keturgubą spiralę, o išorinę sieną sudarė keturios dvigubos spiralės, panašios į DNR molekulę (2 pav.). Šis faktas gali patvirtinti ryšį tarp gyvybiškai svarbios DNR molekulės struktūros ir pačios vandens struktūros, o vanduo tarnavo kaip DNR molekulių sintezės matrica.

Ryžiai. 2. Kompiuterinis sušalusio vandens nanovamzdiuose struktūros modelis, panašus į DNR molekulę (Nuotrauka iš „New Scientist“, 2006 m.)

Dar viena iš svarbiausių vandens savybių, atrasta ir ištirta paskutiniais laikais slypi tame, kad vanduo turi galimybę atsiminti informaciją apie praeities poveikį. Tai pirmasis įrodė japonų tyrinėtojas Masaru Emoto ir mūsų tautietis Stanislavas Zeninas, kuris vienas pirmųjų pasiūlė vandens sandaros klasterių teoriją, susidedančią iš tūrinės daugiakampės struktūros ciklinių junginių – bendrosios formulės (H) sankaupų. 2 O) n, kur n, naujausiais duomenimis, gali siekti šimtus ir net tūkstančius vienetų. Būtent dėl ​​vandenyje esančių sankaupų vanduo turi informacinių savybių. Mokslininkai fotografavo vandens užšalimo į ledo mikrokristalus procesus, veikiantį jį įvairiais elektromagnetiniais ir akustiniais laukais, melodijomis, malda, žodžiais ar mintimis. Paaiškėjo, kad veikiamas teigiamos informacijos gražių melodijų ir žodžių pavidalu, ledas sustingo į simetriškus šešiakampius kristalus. Ten, kur skambėjo neritmiška muzika, pikti ir įžeidžiantys žodžiai, vanduo, priešingai, sustingo į chaotiškus ir beformius kristalus. Tai yra įrodymas, kad vanduo turi ypatingą struktūrą, kuri yra jautri išorinei informacijos įtakai. Manoma, kad žmogaus smegenys, kurias sudaro 85–90% vandens, turi stiprų vandens struktūrą.

Emoto kristalai kelia ir susidomėjimą, ir nepakankamai pagrįstą kritiką. Atidžiai pažvelgę ​​į juos, pamatysite, kad jų struktūra susideda iš šešių viršūnių. Tačiau dar kruopštesnė analizė rodo, kad snaigės žiemą yra vienodos struktūros, visada simetriškos ir su šešiomis viršūnėmis. Kiek kristalizuotose struktūrose yra informacijos apie aplinką, kurioje jos buvo sukurtos? Snaigių struktūra gali būti graži arba beformė. Tai rodo, kad kontrolinis mėginys (debesis atmosferoje), kur jie atsiranda, daro jiems tokį patį poveikį kaip ir pradinės sąlygos. Pradinės sąlygos yra saulės aktyvumas, temperatūra, geofiziniai laukai, drėgmė ir tt Visa tai reiškia, kad iš vadinamųjų. Vidutinis ansamblis, galime daryti išvadą, kad vandens lašų, ​​o vėliau ir snaigių struktūra yra maždaug tokia pati. Jų masė beveik tokia pati, o atmosfera jie juda panašiu greičiu. Atmosferoje jie toliau formuoja savo struktūras ir didina tūrį. Net jei jie susiformavo skirtingose ​​debesies dalyse, toje pačioje grupėje visada yra tam tikras skaičius snaigių, kurios atsirado beveik tomis pačiomis sąlygomis. O atsakymą į klausimą, kas yra teigiama ir neigiama informacija apie snaiges, galima rasti Emoto. Laboratorinėmis sąlygomis neigiama informacija (žemės drebėjimas, žmogui nepalankios garso vibracijos ir pan.) formuojasi ne kristalais, o teigiama informacija, kaip tik atvirkščiai. Labai įdomu, kiek vienas veiksnys gali suformuoti vienodas ar panašias snaigių struktūras. Didžiausias vandens tankis stebimas esant 4 °C temperatūrai. Moksliškai įrodyta, kad vandens tankis mažėja, kai temperatūrai nukritus žemiau nulio pradeda formuotis šešiakampiai ledo kristalai. Tai yra vandenilio jungčių tarp vandens molekulių veikimo rezultatas.

Kokia šio struktūrizavimo priežastis? Kristalai yra kietos medžiagos, o juos sudarantys atomai, molekulės ar jonai yra išsidėstę taisyklinga, pasikartojančia struktūra, trimis erdviniais matmenimis. Vandens kristalų struktūra šiek tiek skiriasi. Izaoko teigimu, tik 10% ledo vandenilio ryšių yra kovalentiniai, t.y. su gana stabilia informacija. Vandeniliniai ryšiai tarp vienos vandens molekulės deguonies ir kitos vandenilio yra jautriausi išorės poveikiui. Vandens spektras kristalų susidarymo metu yra gana skirtingas laike. Pagal Antonovo ir Juskeselijevo įrodytą vandens lašo diskretiško garavimo efektą ir jo priklausomybę nuo vandenilinių jungčių energetinių būsenų galime ieškoti atsakymo apie kristalų sandarą. Kiekviena spektro dalis priklauso nuo vandens lašelių paviršiaus įtempimo. Spektre yra šešios smailės, kurios rodo snaigės pasekmes.

Akivaizdu, kad Emoto eksperimentuose pradinis „kontrolinis“ mėginys turi įtakos kristalų išvaizdai. Tai reiškia, kad po tam tikro veiksnio poveikio galima tikėtis tokių kristalų susidarymo. Beveik neįmanoma gauti vienodų kristalų. Tikrindamas žodžio „meilė“ poveikį vandeniui, Emoto aiškiai nenurodo, ar šis eksperimentas buvo atliktas su skirtingais mėginiais.

Norint patikrinti, ar Emoto technika pakankamai skiriasi, reikalingi dvigubai akli eksperimentai. Izaoko įrodymas, kad 10% vandens molekulių sudaro kovalentinius ryšius po užšalimo, rodo, kad vanduo naudoja šią informaciją, kai užšąla. Emoto pasiekimas, net ir be dvigubai aklų eksperimentų, išlieka gana svarbus, atsižvelgiant į vandens informacines savybes.

Natūrali snaigė, Wilson Bentley, 1925 m

Emoto snaigė, gauta iš natūralaus vandens

Viena snaigė yra natūrali, o kita sukurta Emoto, tai rodo, kad vandens spektro įvairovė nėra beribė.

Žemės drebėjimas, Sofija, 4,0 Richterio skalė, 2008 m. lapkričio 15 d.
Dr. Ignatovas, 2008©, Prof. Antonovo prietaisas©

Šis skaičius rodo skirtumą tarp kontrolinio mėginio ir paimtų kitomis dienomis. Vandens molekulės nutraukia energingiausius vandenilio ryšius vandenyje, taip pat dvi spektro smailes gamtos reiškinio metu. Tyrimas atliktas naudojant Antonovo aparatą. Biofizinis rezultatas rodo kūno gyvybingumo sumažėjimą žemės drebėjimo metu. Žemės drebėjimo metu vanduo negali pakeisti savo struktūros snaigėse Emoto laboratorijoje. Yra įrodymų, kad žemės drebėjimo metu pasikeitė vandens elektrinis laidumas.

1963 metais Tanzanijos moksleivis Erasto Mpemba pastebėjo, kad karštas vanduo užšąla greičiau nei šaltas. Šis reiškinys vadinamas Mpemba efektu. Nors unikalią vandens savybę daug anksčiau pastebėjo Aristotelis, Francis Baconas ir Renė Dekartas. Šis reiškinys buvo daug kartų įrodytas daugybe nepriklausomų eksperimentų. Vanduo turi dar vieną keistą savybę. Mano nuomone, tai paaiškinama taip: virinto vandens diferencinis nepusiausvyros energijos spektras (DNES) turi mažesnę vidutinę vandenilio jungčių tarp vandens molekulių energiją nei mėginys, paimtas kambario temperatūroje. Vadinasi, virintam vandeniui reikia mažiau energijos. kad pradėtų struktūrizuoti kristalus ir užšalti.

Raktas į ledo struktūrą ir jo savybes slypi jo kristalo struktūroje. Visų ledo modifikacijų kristalai yra pastatyti iš vandens molekulių H 2 O, sujungtų vandeniliniais ryšiais į trimačius tinklinius rėmus su tam tikru vandenilinių ryšių išdėstymu. Vandens molekulę galima tiesiog įsivaizduoti kaip tetraedrą (piramidę su trikampiu pagrindu). Jo centre yra deguonies atomas, kuris yra sp 3 hibridizacijos būsenoje, o dviejose viršūnėse - vandenilio atomas, kurio vienas iš 1s elektronų dalyvauja kovalento formavime. N-Apie ryšį su deguonimi. Dvi likusias viršūnes užima nesuporuotų deguonies elektronų poros, kurios nedalyvauja formuojant molekulinius ryšius, todėl jos vadinamos vienišomis. Erdvinė H 2 O molekulės forma paaiškinama vandenilio atomų ir centrinio deguonies atomo vienišų elektronų porų tarpusavio atstūmimu.

Vandenilio jungtis yra svarbi tarpmolekulinių sąveikų chemijoje ir ją lemia silpnos elektrostatinės jėgos ir donoro-akceptoriaus sąveika. Jis atsiranda, kai vienos vandens molekulės vandenilio atomas, kuriam trūksta elektronų, sąveikauja su gretimos vandens molekulės deguonies atomo vieniša elektronų pora (О-Н…О). Išskirtinis bruožas vandenilio jungtis yra santykinai mažo stiprumo; jis 5-10 kartų silpnesnis už cheminį kovalentinį ryšį. Kalbant apie energiją, vandenilio jungtis užima tarpinę padėtį tarp cheminės jungties ir van der Waals sąveikos, kuri molekules laiko kietoje arba skystoje fazėje. Kiekviena vandens molekulė ledo kristale vienu metu gali sudaryti keturis vandenilio ryšius su kitomis kaimyninėmis molekulėmis griežtai nustatytais kampais, lygiais 109 ° 47 ", nukreiptais į tetraedro viršūnes, kurios neleidžia susidaryti tankiai struktūrai, kai vanduo užšąla (1 pav.). . 3). I, Ic, VII ir VIII ledo struktūrose šis tetraedras yra taisyklingas. II, III, V ir VI ledo struktūrose tetraedrai pastebimai iškrypę. VI, VII ir VIII ledo struktūrose du Galima išskirti vienas kitą kertančias vandenilinių ryšių sistemas.Šis nematomas vandenilio jungčių karkasas sutvarko vandens molekules tinklelio pavidalu, kurio struktūra primena šešiakampį korį su tuščiaviduriais vidiniais kanalais.Jei ledas kaitinamas, tinklelio struktūra sunaikinama: vanduo molekulės pradeda kristi į tinklelio tuštumas, todėl skysčio struktūra tampa tankesnė – tai paaiškina, kodėl vanduo yra sunkesnis už ledą.

Ryžiai. 3. Vandenilio jungties susidarymas tarp keturių H 2 O molekulių (raudoni rutuliukai žymi centrinius deguonies atomus, balti rutuliukai – vandenilio atomus)

Vandenilio jungčių ir tarpmolekulinių sąveikų specifiškumas, būdingas ledo struktūrai, išsaugomas tirpstančiame vandenyje, nes tirpstant ledo kristalui sunaikinama tik 15% visų vandenilio jungčių. Todėl ledui būdinga jungtis tarp kiekvienos vandens molekulės ir keturių jos kaimynų („trumpojo nuotolio tvarka“) nėra pažeista, nors deguonies karkaso gardelė yra labiau išsklaidyta. Vandeniliniai ryšiai taip pat gali likti verdant vandeniui. Vandenilinių jungčių nėra tik vandens garuose.

Ledas, kuris susidaro esant atmosferos slėgiui ir tirpsta 0 ° C temperatūroje, yra labiausiai žinoma, bet vis dar ne visiškai suprantama medžiaga. Daug savo struktūros ir savybių atrodo neįprastai. Ledo kristalinės gardelės mazguose vandens molekulių tetraedrų deguonies atomai išsidėstę tvarkingai, sudarydami taisyklingus šešiakampius, panašius į šešiakampį korį, o vandenilio atomai užima įvairias pozicijas ant vandenilio ryšių, jungiančių deguonies atomus ( 4 pav.). Todėl yra šešios lygiavertės vandens molekulių orientacijos, palyginti su jų kaimynais. Kai kurie iš jų neįtraukti, nes dviejų protonų buvimas ant tos pačios vandenilio jungties tuo pačiu metu yra mažai tikėtinas, tačiau vandens molekulių orientacija išlieka pakankamai neapibrėžta. Toks atomų elgesys yra netipiškas, nes kietoje medžiagoje visi atomai paklūsta tam pačiam dėsniui: arba jie yra tvarkingai išsidėstę atomai, ir tada tai yra kristalas, arba atsitiktinai, o tada – amorfinė medžiaga. Tokią neįprastą struktūrą galima realizuoti daugumoje ledo modifikacijų – Ih, III, V, VI ir VII (ir, matyt, Ic) (3 lentelė), o II, VIII ir IX ledo struktūroje – vanduo. molekulės yra išdėstytos orientacine tvarka. J. Bernalio teigimu, ledas deguonies atomų atžvilgiu yra kristalinis, o vandenilio atomų atžvilgiu – stiklinis.

Ryžiai. keturi. Natūralios šešiakampės konfigūracijos ledo struktūra I h

Kitomis sąlygomis, pavyzdžiui, erdvėje esant aukštam slėgiui ir žemai temperatūrai, ledas kristalizuojasi skirtingai, sudarydamas kitas kristalines gardeles ir modifikacijas (kubines, trigonalines, tetragonines, monoklines ir kt.), kurių kiekviena turi savo struktūrą ir kristalinę gardelę ( 3 lentelė). Įvairių modifikacijų ledo struktūras apskaičiavo Rusijos mokslininkai, chemijos mokslų daktaras. G.G. Malenkovas ir dr. E.A. Zheligovskaya iš Fizikinės chemijos ir elektrochemijos instituto. A.N. Frumkinas iš Rusijos mokslų akademijos. Ledai II, III ir V-oji modifikacija yra laikomi ilgą laiką esant atmosferos slėgiui, jei temperatūra neviršija -170 °C (5 pav.). Atvėsęs iki maždaug -150 °C, natūralus ledas virsta kubiniu ledu Ic, susidedančiu iš kelių nanometrų dydžio kubelių ir oktaedrų. Ledas I c kartais atsiranda ir vandeniui užšalus kapiliaruose, o tai, matyt, palengvina vandens sąveika su sienelės medžiaga ir jos struktūros pasikartojimas. Jei temperatūra šiek tiek aukštesnė nei -110 0 C, ant metalinio pagrindo susidaro tankesnio ir sunkesnio stiklinio amorfinio ledo kristalai, kurių tankis 0,93 g/cm 3. Abi šios ledo formos gali spontaniškai virsti šešiakampiu ledu ir kuo greičiau, tuo aukštesnė temperatūra.

Skirtukas. 3. Kai kurios ledo modifikacijos ir jų fiziniai parametrai.

Modifikacija

Kristalinė struktūra

Vandenilinio ryšio ilgiai, Å

Kampai H-O-H tetraedruose, 0

Šešiakampis

kub

Trigonalis

tetragonalinis

Monoklinika

tetragonalinis

kub

kub

tetragonalinis

Pastaba. 1 Å = 10 -10 m

Ryžiai. 5. Įvairių modifikacijų kristalinių ledų būsenos diagrama.

Taip pat yra aukšto slėgio ledų – II ir III trigonių ir tetrakampių modifikacijų, susidarančių iš tuščiavidurių akrų, suformuotų šešiakampių banguotų elementų, pasislinkusių vienas kito atžvilgiu trečdaliu (6 pav. ir 7 pav.). Šie ledai stabilizuojami esant tauriosioms dujoms helio ir argono. Monoklininės modifikacijos ledo V struktūroje kampai tarp gretimų deguonies atomų svyruoja nuo 860 iki 132°, o tai labai skiriasi nuo ryšio kampo vandens molekulėje, kuris yra 105°47'. Ketrakampės modifikacijos ledas VI susideda iš dviejų vienas į kitą įterptų rėmų, tarp kurių nėra vandenilinių jungčių, dėl to susidaro į kūną orientuota kristalinė gardelė (8 pav.). Ledo VI struktūra paremta heksamerais – šešių vandens molekulių blokais. Jų konfigūracija tiksliai pakartoja stabilaus vandens klasterio struktūrą, kurią pateikia skaičiavimai. Kubinės modifikacijos VII ir VIII ledai, kurie yra žemoje temperatūroje tvarkingos VII ledo formos, turi panašią struktūrą su I ledo karkasais, įterptais vienas į kitą. Vėliau padidėjus slėgiui, atstumas tarp deguonies atomų kristalinėje gardelėje Ledas VII ir VIII sumažės, dėl to susidaro ledo X struktūra, kurioje deguonies atomai išsidėstę taisyklingoje gardelėje, o protonai – tvarkingi.

Ryžiai. 7. III konfigūracijos ledas.

Ledas XI susidaro giliai aušinant ledą I h pridedant šarmų, žemesnės nei 72 K esant normaliam slėgiui. Tokiomis sąlygomis susidaro hidroksilo kristalų defektai, leidžiantys augančiam ledo kristalui pakeisti savo struktūrą. Ledas XI turi rombinę kristalinę gardelę su tvarkingu protonų išsidėstymu ir susidaro vienu metu daugelyje kristalizacijos centrų šalia kristalo hidroksilo defektų.

Ryžiai. aštuoni. Ice VI konfigūracija.

Tarp ledų taip pat yra metastabilios formos IV ir XII, kurių gyvenimo trukmė yra sekundės, kurios turi gražiausią struktūrą (9 pav. ir 10 pav.). Norint gauti metastabilų ledą, reikia suspausti ledą I h iki 1,8 GPa slėgio esant skysto azoto temperatūrai. Šie ledai susidaro daug lengviau ir yra ypač stabilūs, kai per aušinamas sunkus vanduo yra veikiamas spaudimo. Dar viena metastabili modifikacija – ledas IX susidaro peršaldant Ledas III ir iš esmės atspindi jo žemos temperatūros formą.

Ryžiai. 9. Ledo IV konfigūracija.

Ryžiai. dešimt. Ledo XII konfigūracija.

Paskutines dvi ledo modifikacijas – su monoklinikine XIII ir rombine konfigūracija XIV mokslininkai iš Oksfordo (Didžioji Britanija) atrado visai neseniai – 2006 m. Prielaidą, kad turėtų egzistuoti ledo kristalai su monoklininėmis ir rombinėmis gardelėmis, buvo sunku patvirtinti: -160 °C temperatūros vandens klampumas yra labai didelis, o gryno peraušinto vandens molekulėms sunku susijungti tokiu kiekiu. kad susidaro kristalinis branduolys. Tai buvo pasiekta naudojant katalizatorių – druskos rūgštį, kuri padidino vandens molekulių judrumą esant žemai temperatūrai. Žemėje tokios ledo modifikacijos negali susidaryti, tačiau jos gali egzistuoti erdvėje ant atvėsusių planetų ir sušalusių palydovų bei kometų. Taigi Jupiterio ir Saturno palydovų paviršiaus tankio ir šilumos srautų apskaičiavimas leidžia teigti, kad Ganymede ir Callisto turėtų turėti ledo apvalkalą, kuriame pakaitomis keistųsi I, III, V ir VI ledai. Titane ledas sudaro ne plutą, o mantiją, kurios vidinį sluoksnį sudaro ledas VI, kiti aukšto slėgio ledai ir klatrato hidratai, o viršuje yra ledas I h.

Ryžiai. vienuolika. Snaigių įvairovė ir forma gamtoje

Aukštai Žemės atmosferoje esant žemai temperatūrai vanduo kristalizuojasi iš tetraedrų, sudarydamas šešiakampį ledą I h. Ledo kristalų susidarymo centras yra kietos dulkių dalelės, kurias vėjas iškelia į viršutinius atmosferos sluoksnius. Aplink šį embrioninį ledo mikrokristalą šešiomis simetriškomis kryptimis auga adatos, suformuotos atskirų vandens molekulių, ant kurių auga šoniniai procesai – dendritai. Oro temperatūra ir drėgmė aplink snaigę yra vienodi, todėl iš pradžių ji yra simetriškos formos. Kai susidaro snaigės, jos palaipsniui grimzta į apatinius atmosferos sluoksnius, kur temperatūra yra aukštesnė. Čia vyksta tirpimas ir iškreipiama jų ideali geometrinė forma, susidaro įvairios snaigės (11 pav.).

Toliau tirpstant, sunaikinama šešiakampė ledo struktūra ir susidaro ciklinių klasterių asocijuotų junginių mišinys, taip pat iš vandens tri-, tetra-, penta-, heksamerų (12 pav.) ir laisvųjų vandens molekulių. Susidariusių klasterių sandaros tyrimas dažnai būna labai sunkus, nes, remiantis šiuolaikiniais duomenimis, vanduo yra įvairių neutralių klasterių (H 2 O) n ir jų įkrautų klasterių jonų [H 2 O] + n ir [H] mišinys. 2 O] - n, kurie yra dinaminėje pusiausvyroje tarp kurių tarnavimo laikas yra 10 -11 -10 -12 sekundžių.

Ryžiai. 12. Galimi vandens klasteriai (a-h) sudėties (H 2 O) n, kur n = 5-20.

Klasteriai gali sąveikauti vienas su kitu dėl išsikišusių vandenilinių jungčių paviršių, sudarydamos sudėtingesnes daugiakampes struktūras, tokias kaip šešiaedras, oktaedras, ikosaedras ir dodekaedras. Taigi vandens sandara siejama su vadinamosiomis platoniškomis kietosiomis medžiagomis (tetraedras, šešiaedras, oktaedras, ikosaedras ir dodekaedras), pavadintomis juos atradusio senovės graikų filosofo ir geometro Platono vardu, kurių formą lemia aukso pjūvis. (13 pav.).

Ryžiai. 13. Platoniški kietieji kūnai, kurių geometrinę formą lemia aukso pjūvis.

Viršūnių (B), paviršių (G) ir briaunų (P) skaičius bet kuriame erdviniame daugiakampyje apibūdinamas ryšiu:

C + D = P + 2

Taisyklingo daugiakampio viršūnių skaičiaus (B) ir vienos iš jo briaunų briaunų skaičiaus (P) santykis yra lygus to paties daugiakampio paviršių skaičiaus (G) ir briaunų skaičiaus santykiui ( P) išeinantis iš vienos iš jos viršūnių. Tetraedrui šis santykis yra 4:3, šešiaedrui (6 veidai) ir oktaedrui (8 veidų) - 2:1, o dodekaedrui (12 veidų) ir ikosaedrui (20 veidų) - 4:1.

Rusijos mokslininkų apskaičiuotos daugiakampių vandens spiečių struktūros buvo patvirtintos šiuolaikiniais analizės metodais: protonų magnetinio rezonanso spektroskopija, femtosekundine lazerine spektroskopija, rentgeno ir neutronų difrakcija ant vandens kristalų. Vandens sankaupų atradimas ir vandens gebėjimas kaupti informaciją yra du svarbiausi XXI tūkstantmečio atradimai. Tai aiškiai įrodo, kad gamtai būdinga simetrija tikslių geometrinių formų ir proporcijų pavidalu, būdinga ledo kristalams.

LITERATŪRA.

1. Belyanin V., Romanova E. Gyvybė, vandens molekulė ir aukso pjūvis // Mokslas ir gyvenimas, 2004, t. 10, nr. 3, p. 23-34.

2. Shumsky P. A., Struktūrinio ledo mokslo pagrindai. - Maskva, 1955b p. 113.

3. Mosin O.V., Ignatovas I. Vandens kaip gyvybės substancijos suvokimas. // Sąmonė ir fizinė tikrovė. 2011, T 16, Nr. 12, p. 9-22.

4. Petrjanovas I. V. Įprasčiausia substancija pasaulyje.Maskva, Pedagogika, 1981, p. 51-53.

5 Eisenberg D, Kautsman V. Vandens sandara ir savybės. - Leningradas, Gidrometeoizdat, 1975, p. 431.

6. Kulsky L. A., Dal V. V., Lenchina L. G. Vanduo pažįstamas ir paslaptingas. - Kijevas, Rodjansko mokykla, 1982, p. 62-64.

7. G. N. Zatsepina, Vandens sandara ir savybės. – Maskva, red. Maskvos valstybinis universitetas, 1974, p. 125.

8. Antonchenko V. Ya., Davydov N. S., Ilyin V. V. Vandens fizikos pagrindai - Kijevas, Naukova Dumka, 1991, p. 167.

9. Simonitas T. Anglies nanovamzdelių viduje „matomas“ į DNR panašus ledas // New Scientist, V. 12, 2006.

10. Emoto M. Vandens pranešimai. Slapti kodai ledo kristalai. - Sofija, 2006. p. 96.

11. S. V. Zeninas ir B. V. Tyaglovas, Hidrofobinės sąveikos prigimtis. Orientacinių laukų atsiradimas vandeniniuose tirpaluose // Fizikinės chemijos žurnalas, 1994, V. 68, Nr. 3, p. 500-503.

12. Pimentel J., McClellan O. Vandenilio jungtis – Maskva, Nauka, 1964, p. 84-85.

13. Bernal J., Fowler R. Vandens ir joninių tirpalų struktūra // Uspekhi fizicheskikh nauk, 1934, t. 14, Nr. 5, p. 587-644.

14. Hobza P., Zahradnik R. Tarpmolekuliniai kompleksai: Van der Waals sistemų vaidmuo fizikinėje chemijoje ir biodisciplinose. - Maskva, Mir, 1989, p. 34-36.

15. E. R. Pounder, Physics of Ice, vert. iš anglų kalbos. - Maskva, 1967, p. 89.

16. Komarovas S. M. Aukšto slėgio ledo modeliai. // Chemija ir gyvenimas, 2007, Nr. 2, p. 48-51.

17. E. A. Želigovskaja ir G. G. Malenkovas. Kristalinis ledas // Uspekhi khimii, 2006, Nr. 75, p. 64.

18. Fletcher N. H. Cheminė ledo fizika, Cambreage, 1970 m.

19. Nemukhin A. V. Klasterių įvairovė // Russian Chemical Journal, 1996, t. 40, Nr. 2, p. 48-56.

20. Mosin O.V., Ignatovas I. Vandens struktūra ir fizinė tikrovė. // Sąmonė ir fizinė tikrovė, 2011, t. 16, nr. 9, p. 16-32.

21. Ignatovas I. Bioenergetinė medicina. Gyvosios medžiagos kilmė, vandens atmintis, biorezonansas, biofiziniai laukai. - GaiaLibris, Sofija, 2006, p. 93.

Visi ne kartą girdėjome apie unikalias vandens savybes. Jei „bespalvis ir bekvapis skystis“ neturėtų ypatingų savybių, gyvybė Žemėje dabartine forma būtų neįmanoma. Tą patį galima pasakyti ir apie kietą vandens formą – ledą. Dabar mokslininkai išsiaiškino dar vieną jo paslaptį: ką tik paskelbtame tyrime ekspertai pagaliau tiksliai nustatė, kiek molekulių reikia ledo kristalui gauti.

Unikalus ryšys

Nuostabių vandens savybių sąrašas gali būti labai ilgas. Jis turi didžiausią savitąją šiluminę talpą tarp skysčių ir kietųjų medžiagų, jo kristalinės formos, ty ledo, tankis yra mažesnis už vandens tankį skystoje būsenoje, gebėjimas sukibti ("lipti"), didelis paviršiaus įtempis - visa tai ir daug daugiau leidžia gyvybei žemėje kaip tokia.

Vanduo dėl savo unikalumo priklauso vandenilinėms jungtims, tiksliau, jų skaičiui. Jų pagalba viena H 2 O molekulė gali „susirišti“ su dar keturiomis molekulėmis. Tokie „kontaktai“ yra pastebimai silpnesni nei kovalentiniai ryšiai (savotiški „paprasti“ ryšiai, laikantys kartu, pavyzdžiui, vandenilio ir deguonies atomus vandens molekulėje), o kiekvieną vandenilio jungtį atskirai nutraukti yra gana paprasta. Tačiau vandenyje tokių sąveikų labai daug ir kartu jos pastebimai riboja H 2 O molekulių laisvę, neleidžia joms per lengvai, tarkime, kaitinant atitrūkti nuo „draugų“. Kiekviena vandenilio jungtis pati egzistuoja nedidelę sekundės dalį – jos nuolat sunaikinamos ir sukuriamos iš naujo. Tačiau tuo pat metu bet kuriuo metu dauguma vandens molekulių dalyvauja sąveikoje su savo „kaimynais“.

Vandenilio ryšiai taip pat yra atsakingi už neįprastą vandens elgesį kristalizacijos metu, tai yra, formuojantis ledui. Vandenyno paviršiuje plūduriuojantys ledkalniai, ledo pluta gėlame vandenyje – visi šie reiškiniai mūsų nestebina, nes prie jų esame pripratę nuo gimimo. Bet jei pagrindinis dalykas Žemėje būtų ne vanduo, o koks nors kitas skystis, tada nei ledo čiuožyklų, nei poledinės žūklės apskritai nebūtų. Beveik visų medžiagų tankis pereinant iš skystos į kietą būseną didėja, nes molekulės glaudžiau „prispaudžiamos“ viena prie kitos, vadinasi, tūrio vienete jų būna daugiau.

Su vandeniu situacija kitokia. Iki 4 laipsnių šilumos H 2 O tankis auga drausmingai, tačiau peržengus šią ribą staigiai sumažėja 8 procentais. Atitinkamai padidėja užšalusio vandens tūris. Šią savybę puikiai žino namų, kurių vamzdžiai jau seniai netaisyti, gyventojai arba tie, kurie šaldiklyje pamiršo silpnuosius alkoholinius gėrimus.

Anomalinio vandens tankio pokyčio, pereinant iš skystos į kietą būseną, priežastis slypi tose pačiose vandenilio jungtyse. Ledo krištolinė gardelė primena korį, kurio šešiuose kampuose išsidėsčiusios vandens molekulės. Jie yra tarpusavyje sujungti vandeniliniais ryšiais, o jų ilgis viršija „įprasto“ kovalentinio ryšio ilgį. Dėl to tarp sukietėjusio H 2 O molekulių yra daugiau tuščios erdvės, nei tarp jų buvo skystoje būsenoje, kai dalelės laisvai judėjo ir galėjo labai arti viena kitos. Pavyzdžiui, pateikiamas vaizdinis skystųjų ir kietųjų vandens fazių molekulių pakuotės palyginimas.

Išskirtinės vandens savybės ir ypatinga reikšmė Žemės gyventojams užtikrino jos nuolatinį mokslininkų dėmesį. Nebūtų perdėta sakyti, kad dviejų vandenilio atomų ir vieno deguonies atomo derinys yra kruopščiausiai ištirta medžiaga planetoje. Nepaisant to, specialistai, kurie savo domėjimosi objektu pasirinko H 2 O, be darbo neliks. Pavyzdžiui, jie visada gali ištirti, kaip iš tikrųjų skystas vanduo virsta kietu ledu. Kristalizacijos procesas, lemiantis tokius dramatiškus visų savybių pokyčius, vyksta labai greitai, o daugelis jo detalių vis dar nežinomos. Po paskutinio žurnalo numerio išleidimo Mokslas dar viena paslaptis: dabar mokslininkai tiksliai žino, kiek vandens molekulių reikia įdėti į stiklinę, kad šaltyje jos turinys virstų pažįstamu ledu.

kitoks ledas

Žodis „įprastas“ ankstesniame sakinyje nevartojamas dėl stilistinių priežasčių. Tai pabrėžia Mes kalbame apie kristalinį ledą – tą, kurio korį primenanti šešiakampė gardelė. Nors toks ledas įprastas tik Žemėje, begalinėje tarpžvaigždinėje erdvėje vyrauja visiškai kitokia ledo forma, kuri trečioje planetoje nuo Saulės gaunama daugiausia laboratorijose. Šis ledas vadinamas amorfiniu ir neturi taisyklingos struktūros.

Amorfinį ledą galima gauti, jei skystas vanduo atšaldomas labai greitai (per milisekundes ar net greičiau) ir labai stipriai (žemiau 120 kelvinų – minus 153,15 laipsnių Celsijaus). Tokiomis ekstremaliomis sąlygomis H 2 O molekulės nespėja susiorganizuoti į tvarkingą struktūrą, o vanduo virsta klampiu skysčiu, kurio tankis yra šiek tiek didesnis nei ledo. Jei temperatūra išlieka žema, vanduo labai ilgai gali išlikti amorfinio ledo pavidalu, tačiau sušilęs pereina į labiau pažįstamą kristalinio ledo būseną.

Kietos vandens formos atmainos neapsiriboja amorfiniu ir šešiakampiu kristaliniu ledu – iš viso šiandien mokslininkams žinoma daugiau nei 15 jo rūšių. Labiausiai paplitęs ledas Žemėje vadinamas ledu I h, tačiau viršutiniuose atmosferos sluoksniuose galima rasti ir ledo I c, kurio kristalinė gardelė primena deimantinę gardelę. Kitos ledo modifikacijos gali būti trigoninės, monoklininės, kubinės, rombinės ir pseudorombinės.

Tačiau kai kuriais atvejais fazinis perėjimas tarp šių dviejų būsenų neįvyks: jei vandens molekulių yra per mažai, tada, užuot formavusios griežtai organizuotą gardelę, jos „norėtų“ likti mažiau tvarkingoje formoje. „Bet kuriame molekuliniame klasteryje sąveika paviršiuje konkuruoja su sąveika klasterio viduje“, – portalui Lente.ru paaiškino Thomas Zeuch, vienas iš naujojo darbo autorių, Getingeno universiteto Fizinės chemijos instituto darbuotojas. "Mažesniems klasteriams energetiškai palankiau yra maksimaliai padidinti klasterio paviršiaus struktūrą, o ne suformuoti kristalinę šerdį. Todėl tokie klasteriai išlieka amorfiški."

Geometrijos dėsniai diktuoja, kad didėjant klasterio dydžiui, molekulių, atsirandančių paviršiuje, dalis mažėja. Tam tikru momentu kristalinės gardelės susidarymo energijos nauda nusveria optimalaus molekulių išsidėstymo klasterio paviršiuje privalumus ir įvyksta fazinis perėjimas. Tačiau kada tiksliai ateis ši akimirka, mokslininkai nežinojo.

Grupei mokslininkų, dirbančių vadovaujant profesoriui Udo Buckui (Udo Buckui) iš Dinamikos ir saviorganizacijos instituto Getingene, pavyko pateikti atsakymą. Ekspertai įrodė, kad mažiausias molekulių, galinčių sudaryti ledo kristalą, skaičius yra 275 plius minus 25 gabaliukai.

Savo tyrime mokslininkai naudojo infraraudonųjų spindulių spektroskopijos metodą, patobulintą taip, kad būtų galima atskirti spektrus, kurie suteikia vandens spiečius, kurių dydis skiriasi tik keliomis molekulėmis. Autorių sukurtas metodas suteikia maksimalią skiriamąją gebą klasteriams, kuriuose yra nuo 100 iki 1000 molekulių – būtent šiame intervale, kaip buvo manoma, slypi „slenksčio“ skaičius, po kurio prasideda kristalizacija.

Mokslininkai sukūrė amorfinį ledą leisdami vandens garus, sumaišytus su heliu per labai ploną skylę į vakuuminę kamerą. Bandydamos įsispausti į mažytę skylutę, vandens ir helio molekulės nuolat susidūrė viena su kita ir šiame sutraiškyme prarado didelę savo kinetinės energijos dalį. Dėl to į vakuuminę kamerą pateko jau „nusiraminusios“ molekulės, kurios lengvai formuoja grupes.

Pakeitus vandens molekulių skaičių ir palyginus gautus spektrus, mokslininkams pavyko nustatyti perėjimo iš amorfinės į kristalinę ledo formą momentą (šių dviejų formų spektrai turi labai būdingų skirtumų). Mokslininkų gauta dinamika gerai sutapo su teoriniais modeliais, kurie prognozuoja, kad perėjus „X tašką“, kristalinės gardelės formavimasis prasideda klasterio viduryje ir plinta į jo kraštus. Požymis, kad kristalizacija yra neišvengiama (vėlgi, remiantis teoriniais tyrimais), yra šešių vandeniliniu ryšiu sujungtų molekulių žiedo susidarymas – taip nutinka, kai bendras molekulių skaičius klasteryje tampa 275. Tolesnis molekulių skaičiaus padidėjimas lemia laipsnišką gardelės augimą, o 475 vienetų stadijoje ledo spiečiaus spektras jau visiškai nesiskiria nuo spektro, kuris suteikia įprastą kristalinį ledą.

"Fazės perėjimo iš amorfinės į kristalinę būseną mechanizmas mikro lygiu dar nebuvo išsamiai ištirtas, - aiškina Zeuchas. - Galime palyginti savo eksperimentinius duomenis tik su teorinėmis prognozėmis - ir šiuo atveju susitarimas pasirodė esąs Dabar, remdamiesi dabartiniais rezultatais, mes kartu su teoriniais chemikais galėsime tęsti fazinio virsmo tyrimą ir ypač pabandysime išsiaiškinti, kaip greitai jis vyksta.

Bucko ir kolegų darbas patenka į „grynai esminę“ kategoriją, nors turi ir tam tikrų praktinių perspektyvų. Autoriai neatmeta, kad ateityje jų sukurta technologija vandens klasterių tyrinėjimui, leidžianti įžvelgti skirtumus pridedant kelias molekules, gali būti paklausi ir taikomosiose srityse. "Straipsnyje aprašėme visus pagrindinius technologijos komponentus, todėl iš principo ji gali būti gana pritaikyta tirti kitų neutralių molekulių grupes. Tačiau pagrindiniai lazerinio įrenginio principai buvo suprasti dar 1917 m. o pirmasis lazeris buvo sukurtas tik septintajame dešimtmetyje“, – perspėja Zeuchas nuo perdėto optimizmo.

ledo kristalai

atmosferos reiškinys

Kritulių tipas

Žiemos dailininko tapyba viena spalva

šerkšnas

Oro drėgmės kristalinis kondensatas

oro reiškinys

Žili plaukai ant medžio

Mėlyna, mėlyna, guli ant laidų (daina)

Sluoksnis ledo kristalai ant vėsaus paviršiaus

Plonas ledo kristalų sluoksnis, susidaręs išgaruojant ant aušinimo paviršiaus

Plonas sniego sluoksnis ant vėstančio paviršiaus

Ledo kristalai susidarė iš ore esančių vandens garų

. „kieta“ rasa

Rusijos šaldytuvo prekės ženklas

Dėl garavimo susidarė plonas sniego sluoksnis

Krituliai

Mėlyna sofos bulvė ant laidų

. „ir ne sniegas, ir ne ledas, o medžius sidabru pašalins“ (mįslė)

balti krituliai

Šerkšnas ant laidų

krituliai ant medžių

Žiemą dengia medžius

Žieminių drabužių medis

sniego rasa

sniegu padengta drėgmė

Žiemos reidas į egles

Sniego baltumo krituliai

nėriniuotas šerkšnas

Sniegas

sniego reidas

žiemos reidas

. „baltumas“ ant medžių

Žiemos krituliai

Žiemą apgaubia medžius

Sustingę dūmai

Mėlyna sofos bulvė (daina)

šaldytų garų

Žieminė medžių apranga

Baltas žieminis pakraštys

Mėlyna-mėlyna atsigulė ant laidų

. rasa žiemą

sniego rasa

Krituliai ant laidų

Žiemą medžiuose

Mėlyna atsigulė ant laidų

plonas sniego sluoksnis

Sniegas ant šakų ir laidų

. "ir eglė per... sužaliuoja"

Mėlyna sofos bulvė (daina)

Sidabrinė medžio apdaila

Krituliai žiemą

Mėlyni krituliai ant laidų (daina)

Kitas šerkšno pavadinimas

Rime kaip faktas

. „Kai įeini į slenkstį, visur...“

Šerkšnas trumpai

Šalna po šaltos nakties

. "šalčio krūva"

Beveik sniegas

sniego pakraštys

sustingusi rasa

Beveik tas pats, kas šaltis

Ryte beveik sniegas

Šerkšnas ant laidų dainoje

Žiemos pakraštys ant krūmų

šaldytų garų

žiemos rasa

Žieminė krūmų danga

. „žilus plaukus“ ant šakų

. "šalčio pūkas"

plonas ledo sluoksnis

plonas sniego sluoksnis

Žiemos "žili plaukai"

Žieminė krūmų danga

Tas, kuris gulėjo ant laidų

Ledas ant šakų

šerkšnas ant medžių

Žiemos sidabras ant medžių

Gončarovos paveikslas

Ką jūs turite nuplėšti nuo automobilio rudenį

žiemos šalnos

šaldytų garų

atmosferos reiškinys

Plonas ledo kristalų sluoksnis, susidaręs išgaruojant ant aušinimo paviršiaus

. „Ir eglė per... sužaliuoja“

. „Kai įeini į slenkstį, visur...“

. "Šalčio krūva"

. "Šerkšnas pūkas"

. „užšalusi“ rasa

. Rosa žiemą

. „žilus plaukus“ ant šakų

. „Mėlyna mėlyna... atsigulk ant laidų“

. "ir ne sniegas, ir ne ledas, bet pašalins medžius sidabru" (mįslė)

. „Baltumas“ ant medžių

Žiemos "žili plaukai"

Sušalę garai, drėgmė ore, kuri nusėda ant šaltesnių už orą objektų ir ant jų užšąla, o tai atsitinka sugrįžus dideliems šalčiams. Nuo kvėpavimo šerkšnas sėdi ant barzdos, apykaklės. Ant medžių tirštas šerkšnas, kurža, kolba. Šerkšnas ant vaisių, prakaituotas nuobodulys. Pūkuotas šerkšnas – į kibirą. Didelis šerkšnas, sniego kauburėliai, giliai įšalusi žemė, iki grūdų gamybos. Didelis šaltukas visą žiemą, sunki vasara sveikatai. Apie pranašą Agėją ir Danielių – šaltį, šiltą Kalėdų laiką ir gruodį. Ant Grigaliaus Nikijaus sausio) šerkšnas ant šieno kupetų - iki drėgnų metų. Šerkšnas, padengtas šerkšnu; šerkšnas; gausus šalnas. Šerkšno, šerkšno, bet kiek mažiau. Ineel m ant (nuo) medžių šakų, nulaužtų nuo šerkšno svorio. Šerkšnas ar nušalimas, nušalimas, nušalimas?, būti apšalusiam. Trobelės kampai apšalę ir apšalę, sustingę

sustingusi rasa

Mėlyna-mėlyna, atsigulk ant laidų

. „Mėlyna-mėlyna... atsigulk ant laidų“

Crystal yra cheminis narkotikas, priklausantis metamfetaminų grupei. Jis taip pat vadinamas Blue Ice, Pervitin, SC, Blue Ice arba Cristalius. Šį narkotiką vartoja daugiau nei 12,8 mln. žmonių (pagal JT 2017 m. lapkričio mėn. statistiką). Paklaustas narkomanų dėl mažos kainos, stipraus psichostimuliuojančio poveikio. Priklausomybė pradeda formuotis po pirmojo narkotikų vartojimo.

Išvaizdos ir platinimo istorija

Tokijo mokslininkė Akira Ogata 1919 metais susintetino naują medžiagą, kurios formulė C10H15N. Ją duodavo kamikadzėms – iš kristalų jos tapo bebaimis, lengvai nusižudė.

Dešimtajame dešimtmetyje vaistą pradėjo gaminti Vokietijos farmacijos įmonė Temmler Werke (narko druskos buvo vadinamos "Pervitin"). Sintetinis agentas buvo įtrauktas į Vermachto karių „kovinę dietą“, „vaistas“ leido išbusti kelias dienas. Po Antrojo pasaulinio karo Kristalai buvo naudojami JAV armijoje (iki septintojo dešimtmečio buvo atiduoti kariams).

Apie tai, kad Pervitinas yra vaistas, sukeliantis baisių pasekmių, buvo kalbama 60-aisiais. Įrodytas ryšys tarp „mėlynojo vaisto“ vartojimo, daugybės savižudybių ir Amerikos karo veteranų ligų. 1975 metais „Crystals“ oficialiai buvo priskirti prie 1-os kategorijos (ypač pavojingų) narkotinių medžiagų: jų negalima gaminti, laikyti ir vartoti, kitaip narkomanui gresia baudžiamoji bausmė.

Iš ko pagamintas vaistas?

80% visų kristalų pagaminama didelėse požeminėse gamyklose Meksikoje ir JAV. Likusi vaisto dalis gaminama iš pačių užaugintų ingredientų – SC galima pasigaminti namuose iš ingredientų, įsigytų vaistinėje ar chemijos prekių parduotuvėse.

Efedronas yra pagrindinis narkotinių medžiagų kristalo ingredientas. Jis izoliuotas nuo tokių vaistų kaip Teofedrin, Bronholitin, Bronchoton, Insanovin. Kitos vaistų cheminės medžiagos gaminamos iš raudonojo fosforo, ličio, ištirpinto skystame amoniake, arba fenilmetildiketono su metilaminu.

Efektui sustiprinti į Crystal receptą pridedami kiti vaistai – miltai (kokainas), „speed“, hašišas, „romas 05“ ir kt. Efedronas taip pat derinamas su cheminėmis medžiagomis: akumuliatoriaus rūgštimi, vandentiekio tirpikliais, antifrizu. Taigi galite pasigaminti „beprotišką mišinį“, iš kurio narkomanas patiria galingą priepuolį su haliucinacijomis (tačiau apsinuodijimo tikimybė viršija 90%).

Kaip tai atrodo

Narkotinės medžiagos pavadinimas buvo dėl išvaizda- atrodo kaip ledo gabalai. Balti kristalai nuo mėlynos skiriasi tik spalva, jų veikimas identiškas.

Vaisto spalva priklauso nuo priemaišų kompozicijoje. Fosforas gamina rausvą arba raudoną kristalinę druską. Jei vaistas buvo pagamintas su amoniaku, jis bus geltonas. Kataliziškai redukuojant naudojant tionilchloridą susidaro balti arba mėlyni kristalai.

Padidėjus sieros rūgšties koncentracijai, vaisto granulės taps mėlynos. Jei gamybos metu dedama maistinių dažų (pvz., krištolo mėtų), gaunami žali, oranžiniai, violetiniai, juodi kristalai.

Kaip naudoti

Pirmą kartą rūkomi kristalai – taip į kraują patenka nedidelė vaisto koncentracija (lyginant su kitais vartojimo būdais), o narkomanai klaidingai mano, kad žala minimali. Jie rūko narkotikus naudodami specialius prietaisus (stiklinius vamzdelius arba plastikinį butelį su folija).

Iš Pervitino gaminami kvapnūs milteliai (kristalai susmulkinami į dulkes, tada įkvepiami). Toks vaistų vartojimas sukelia opas nosiaryklės gleivinėje, todėl retai praktikuojamas.

Išsivysčius priklausomybei, narkomanai Ledą vartoja kaip heroiną – tirpdo narkotinius kristalus, švirkštu suleidžia į veną. Taigi priemonė veikia greičiau, o atvykimas trunka ilgiau nei rūkant, įkvėpus vaisto.

Kaip tai veikia

Kristalas turi stipresnį poveikį narkomanui nei kiti narkotikai (du kartus stipresnis už heroiną, dešimtis kartų stipresnis už kokaino poveikį). Vaistas sukelia:

• Palaima.

Jis pasireiškia praėjus 5-6 minutėms po injekcijos arba 2 minutėms po injekcijos. Iš pradžių per kūną perbėga šaltkrėtis. Raumenys atsipalaiduoja, atsiranda lengvumas. Žmogus patiria džiaugsmo jausmą. Etapas trunka 7-15 minučių.

• „Turbo Crystal“ (atvykimas).

Dingsta mieguistumas, apsvaigęs nuo narkotikų žmogus daug kalba, juda, nori bėgti, šokti. Narkomanai beveik visada nori pasimylėti po kristalais. Prarandamas savisaugos jausmas, sumažėja skausmo slenkstis. Draugiškumą ir laimę keičia agresyvumas. Šis veiksmas trunka nuo 5 iki 12 valandų.

• Atliekos.

Trečiajame etape žmogus patenka į stuporą, nereaguoja į žodžius. Nors šiame etape atsitraukimas neįvyksta, narkomanas, bandydamas vėl pralinksminti, paima naują Kristalo dozę, pradeda metamfetamino maratoną. Jei jis nevartos vaistų, jis miegos nuo 15 iki 28 valandų. Po pabudimo atsiranda abstinencijos simptomai.

Kas yra pavojinga medžiaga

„Crystal“ narkotiko žalingumas yra tas, kad jis sukelia dirbtinį smegenų stimuliavimą. Be dozės sutrinka visų vidaus organų centrinės nervų sistemos reguliavimas, o vartojant dozę, atsiranda per didelis susijaudinimas – per didelis neurotransmiterių išsiskyrimas, dėl kurio narkomanas tampa nevaldomas.

Padidėjęs emocionalumas verčia nusikalsti (prievartavimai, plėšimai, mušimai, žmogžudystės). Skausmo slenksčio sumažinimas ir baimės jausmo nebuvimas padidina nelaimingų atsitikimų riziką. Pagal dozę narkomanai lengvai šokinėja iš aukščio, lipa ant važiuojamosios dalies, vairuoja automobilius didžiausiu greičiu.

Priėmimo požymiai ir simptomai

Metamfetaminas išsilaiko ilgiau nei kitos medžiagos (poveikis trunka iki 12 valandų). Šiuo metu narkomanas nenori valgyti, miegoti, nejaučia nuovargio. Vaistas veikia kaip narkotikas – žmogus bėga greičiau, jaučiasi stipresnis, protingesnis. Kas paėmė Crystal, galite atpažinti pagal šiuos simptomus:

• Hipertrofuotos emocijos. Baimė virsta paranoja. Pyktis pasireiškia fiziniu smurtu. Simpatija priešingai lyčiai yra pernelyg įkyri.
• Narkomanas po Kristalu yra nevaldomas, nepriima patarimų ir prašymų, atlieka netinkamus veiksmus.
• Narkomano veidą iškreipia nenatūrali veido išraiška, po Kristalu stipriai išsiplėtę vyzdžiai, žvilgsnis atrodo beprotiškas.

Haliucinacijos atsiranda patyrusiems narkomanams arba vartojant didelę kristalo dozę. Dažniau pasitaiko lytėjimo nesklandumų: atrodo, kad kažkas nematomas liečia, kad po oda laksto skruzdėlės.

Priklausomybės atsiradimas ir vystymasis

„Aukštos“ iš kristalų kaina yra tiesioginė priklausomybė. Nuo pat pirmos vaisto dozės atsiranda psichologinė priklausomybė, išreikšta noru paskatinti savo veiklą, atsikratyti mieguistumo, pagerinti nuotaiką, pajusti vėsumą. Maždaug po savaitės reguliaraus vaisto vartojimo be dozės įvyksta psichikos sutrikimas – pablogėja nuotaika (iki depresinės būsenos), atsiranda beviltiškumo jausmas, paūmėja fobijos.

Fizinė priklausomybė nuo kristalinių vaistų atsiranda po 3-4 savaičių nuolatinio vartojimo. Be naujos dozės narkomanas suserga, vemia, kamuoja migrena, nemiga, traukuliai, pilvo skausmai. Visa tai praeina išgėrus vaistų, o tai skatina nuolat švirkšti, uostyti Kristalą.

Perdozavimas: požymiai ir pirmoji pagalba

Pirmaisiais mėnesiais narkomanai pradeda vartoti 5-20 mg kristalo. Dėl greito organizmo prisitaikymo reikia didinti dozes. Po šešių mėnesių žmogus sau suleidžia daugiau nei 120 mg vaisto, o tai nesaugu. 30% žmonių ši koncentracija sukelia perdozavimą. 150 mg išprovokuoja apsinuodijimą 65% narkomanų. 200 mg sukelia mirtį 96 proc.

Perdozavus Crystal, narkomano kūno temperatūra smarkiai pakyla (iki 41,5 ° C) ir kraujospūdis. Yra įvairių formų tachikardija, aritmija. Prasideda psichozė, priepuoliai panašūs į epilepsinius. Dažnai išsivysto ūminis kvėpavimo nepakankamumas, inkstų ir kepenų nepakankamumas.

Naudojimo pasekmės

Norint įsitikinti destruktyviu Kristalo ar kito metamfetamino poveikiu, verta pažvelgti į narkomanų išvaizdą. Odos, plaukų, dantų būklė rodo, kad tai giliai sergantys žmonės.

Nuo Kristalo mažėja imunitetas, atsiranda kraujagyslių distonija, sutrinka inkstai, kepenys, širdis. Vaistas sukelia negrįžtamas centrinės nervų sistemos patologijas. Vystosi demencija ir šizofrenija. Mokslininkai įrodė, kad sintetinis narkotikas provokuoja onkologiją – narkomanams dažnai diagnozuojamas galvos smegenų, kvėpavimo organų (rūkant ir įkvepiant narkotinės medžiagos), vyrams prostatos, moterims – kiaušidžių vėžys.

Gydymas

Neįmanoma savarankiškai atsikratyti priklausomybės nuo Kristalo dėl ilgo (daugiau nei 40 dienų) atsitraukimo. Savarankiškas gydymas yra pavojingas – abstinencijos laikotarpiu labai pakyla spaudimas, ištinka hipertermija, gresia širdies sustojimas, insultas.

Perdozavus Crystal, kviečiama greitoji pagalba, narkomanas nuvežamas į toksikologijos skyrių. Ten jie atlieka detoksikaciją, deda anticholinerginius vaistus. Ištraukus pacientą iš kritinės būklės, rekomenduojama jį paguldyti į narkologinę kliniką. Ten abstinencijai palengvinti duoda vaistus, kurie mažina kraujospūdį, normalizuoja smegenų, kepenų, inkstų veiklą. Būtinai suteikta psichoneurologinė pagalba sutrikimų prevencijai nervų sistema(lėtinė nemiga, psichozė, depresija).

Išvada

Nugalėjus abstinenciją, narkomanui rekomenduojama 3-7 mėnesius eiti į psichoterapijos seansus. Jie reikalingi ugdant motyvaciją atsisakyti narkotikų, taip pat spręsti problemas, kurios išprovokavo priklausomybę nuo narkotikų.

Ar radote atsakymą į savo klausimą?