ผลึกน้ำแข็งขนาดเล็ก ความลับของผลึกน้ำแข็ง การเกิดขึ้นและพัฒนาการของการเสพติด
Sheila, the War Golem จากส่วนเสริมที่ดาวน์โหลดได้ " นักโทษหิน" แตกต่างอย่างมากจากดาวเทียมทั้งหมดในด้านกำลังและทักษะ เธอใช้ร่างกายที่เป็นหินและคริสตัลขนาดเล็กที่มีเอฟเฟกต์ต่างๆ เป็นอาวุธ และคริสตัลขนาดใหญ่ใช้เป็นเกราะของเธอ คุณสามารถค้นหาได้ระหว่างเนื้อเรื่องของเกม พบได้เหมือนอาวุธทั่วไปหรือลดราคาจากพ่อค้า คริสตัลแบ่งตามประเภทของเอฟเฟกต์ที่ใช้และสะท้อน: จิตวิญญาณ ธรรมชาติ ไฟฟ้า น้ำแข็งและไฟ สิ่งที่ดีที่สุดคือคริสตัลที่ไร้ตำหนิและโดดเด่นในแต่ละประเภท พวกมันไม่เพียงเปลี่ยนค่าสถานะพื้นฐานเท่านั้น แต่พวกมันยังสามารถส่งผลต่อการโจมตี การป้องกัน การจัดตั้ง ความแข็งแกร่ง... คริสตัลมากมายสามารถพบได้ใน Kadash Thai ซึ่งชีล่าจะเสนอให้ไปค้นหาว่าเธอมาจากไหนและใครที่เธอใช้ เป็นเช่นเดียวกับการขาย Garin ใน Commons of Orzammar
คริสตัลขนาดเล็กสำหรับ Sheila ใน Dragon Age: Origins:
- คริสตัลไฟไร้ตำหนิขนาดเล็ก- ความแข็งแกร่ง: 32; ความเสียหาย: 7.00; +3% โอกาสคริติคอล โจมตีระยะประชิด, +4 ดาเมจจากอาวุธทุกชนิด, +22.5% ดาเมจไฟ
- ผลึกน้ำแข็งไร้ตำหนิขนาดเล็ก- ความแข็งแกร่ง: 32; ความเสียหาย: 7.00; เจาะเกราะ +2 โอกาสคริติคอล +10% โจมตีหรือแทงข้างหลัง ความเสียหายน้ำแข็ง +22.5%
- คริสตัลไฟฟ้าไร้ที่ติขนาดเล็ก- ความแข็งแกร่ง: 32; ความเสียหาย: 7.00; ความว่องไว +4, พลังโจมตี +6, ความเสียหายทางไฟฟ้า +22.5%
- คริสตัลธรรมชาติขนาดเล็กไร้ตำหนิ- ความแข็งแกร่ง: 32; ความเสียหาย: 7.00; +4 ในการสร้างและฟื้นฟูสุขภาพในการต่อสู้ +22.5% ให้กับความเสียหายจากพลังแห่งธรรมชาติ
- คริสตัลวิญญาณบิ่นขนาดเล็ก- ความแข็งแกร่ง: 20; ความเสียหาย: 5.50; +5% ความเสียหายทางวิญญาณ
- คริสตัลจิตวิญญาณแตกร้าวขนาดเล็ก- ความแข็งแกร่ง: 20; ความเสียหาย: 5.50; ความเสียหายทางจิตวิญญาณ +10%
คริสตัลขนาดใหญ่สำหรับ Sheila ใน Dragon Age: Origins:
- คริสตัลไฟร้าวขนาดใหญ่- ร่างกาย: 20; เกราะ: 10.80; ต้านทานไฟ +20
- ผลึกน้ำแข็งแตกขนาดใหญ่- ร่างกาย: 20; เกราะ: 10.80; ต้านทานความเย็น +20
- ผลึกไฟฟ้าแตกขนาดใหญ่- ร่างกาย: 20; เกราะ: 10.80; ความต้านทานไฟฟ้า +20
- คริสตัลธรรมชาติแตกขนาดใหญ่- ร่างกาย: 20; เกราะ: 10.80; ต้านทานธรรมชาติ +20
- คริสตัลธรรมชาติไร้ตำหนิขนาดใหญ่- ร่างกาย: 32; เกราะ: 16.20; +1 รัฐธรรมนูญ, +3 เกราะ, +40 ต้านทานธรรมชาติ, +15 ต้านทานทางกายภาพ
- ผลึกวิญญาณแตกขนาดใหญ่- ร่างกาย: 20; เกราะ: 10.80; ต้านทานวิญญาณ +20
- คริสตัลจิตวิญญาณบริสุทธิ์ขนาดใหญ่- ร่างกาย: 26; เกราะ: 14.40; ต้านทานวิญญาณ +30 โอกาสสะท้อนเวทย์มนตร์ศัตรู +8% ต้านทานพลังจิต +5
- ผลึกวิญญาณไร้ที่ติขนาดใหญ่- ร่างกาย: 32; เกราะ: 16.20; ค่าสถานะทั้งหมด +1, ต้านทานวิญญาณ +40, โอกาสสะท้อนเวทย์มนตร์ศัตรู +12%, ต้านทานพลังจิต +15
O. V. Mosin, I. Ignatov (บัลแกเรีย)
คำอธิบายประกอบ ความสำคัญของน้ำแข็งในการดำรงชีวิตบนโลกของเราไม่สามารถมองข้ามได้ น้ำแข็งมีอิทธิพลอย่างมากต่อสภาพความเป็นอยู่และชีวิตของพืชและสัตว์และต่อ ประเภทต่างๆกิจกรรมทางเศรษฐกิจของมนุษย์ การปกคลุมผืนน้ำ น้ำแข็ง เนื่องจากมีความหนาแน่นต่ำ ทำหน้าที่เป็นหน้าจอลอยในธรรมชาติ ปกป้องแม่น้ำและอ่างเก็บน้ำจากการกลายเป็นน้ำแข็ง และรักษาชีวิตของผู้อาศัยใต้น้ำ การใช้น้ำแข็งเพื่อวัตถุประสงค์ต่างๆ (การเก็บกักหิมะ การจัดเรียงทางข้ามน้ำแข็งและคลังสินค้าแบบอุณหภูมิความร้อน การวางน้ำแข็งของสถานที่จัดเก็บและเหมือง) เป็นเรื่องของหลายส่วนของวิทยาศาสตร์อุตุนิยมวิทยาและวิศวกรรมอุทกวิทยา เช่น เทคโนโลยีน้ำแข็ง เทคโนโลยีหิมะ วิศวกรรม เพอร์มาฟรอสต์ ตลอดจนกิจกรรมบริการพิเศษสำหรับการลาดตระเวนน้ำแข็ง การขนส่งทำลายน้ำแข็ง และรถกวาดหิมะ น้ำแข็งธรรมชาติใช้สำหรับเก็บและทำความเย็นของอาหาร ผลิตภัณฑ์ชีวภาพและการแพทย์ ซึ่งผลิตและเก็บเกี่ยวเป็นพิเศษ และน้ำที่เตรียมจากน้ำแข็งละลายถูกนำมาใช้ในยาพื้นบ้านเพื่อเพิ่มการเผาผลาญและขจัดสารพิษออกจากร่างกาย บทความนี้แนะนำผู้อ่านเกี่ยวกับคุณสมบัติใหม่ที่ไม่ค่อยมีใครรู้จักและการดัดแปลงน้ำแข็ง
น้ำแข็งเป็นรูปแบบผลึกของน้ำ ซึ่งตามข้อมูลล่าสุดมีการดัดแปลงโครงสร้างสิบสี่แบบ ในหมู่พวกเขามีทั้งผลึก (น้ำแข็งธรรมชาติ) และอสัณฐาน (น้ำแข็งลูกบาศก์) และการดัดแปลง metastable ที่แตกต่างกันในการจัดเรียงร่วมกันและคุณสมบัติทางกายภาพของโมเลกุลของน้ำที่เชื่อมโยงกันด้วยพันธะไฮโดรเจนซึ่งก่อตัวเป็นตาข่ายคริสตัลของน้ำแข็ง ได้หมดยกเว้นแบบธรรมดา น้ำแข็งธรรมชาติ I h ตกผลึกในโครงตาข่ายหกเหลี่ยม ก่อตัวขึ้นภายใต้สภาวะที่แปลกใหม่ ที่อุณหภูมิต่ำมากของน้ำแข็งแห้งและไนโตรเจนเหลว และความกดดันสูงในชั้นบรรยากาศนับพัน เมื่อมุมของพันธะไฮโดรเจนในโมเลกุลของน้ำเปลี่ยนไปและระบบผลึกอื่นที่ไม่ใช่หกเหลี่ยม กำลังก่อตัวขึ้น สภาพดังกล่าวชวนให้นึกถึงสภาพจักรวาลและไม่พบบนโลก
ในธรรมชาติ น้ำแข็งจะแสดงเป็นผลึกชนิดเดียวเป็นส่วนใหญ่ โดยตกผลึกเป็นโครงตาข่ายหกเหลี่ยมซึ่งคล้ายกับโครงสร้างของเพชร โดยที่โมเลกุลของน้ำแต่ละโมเลกุลจะถูกล้อมรอบด้วยสี่โมเลกุลที่อยู่ใกล้ที่สุด ซึ่งอยู่ห่างจากมันเท่ากันเท่ากับ 2.76 อังสตรอม และตั้งอยู่ ที่จุดยอดของจัตุรมุขปกติ เนื่องจากจำนวนโคออร์ดิเนชันต่ำ โครงสร้างของน้ำแข็งจึงเป็นโครงข่าย ซึ่งส่งผลต่อความหนาแน่นต่ำ ซึ่งเท่ากับ 0.931 g/cm 3 .
คุณสมบัติที่ผิดปกติที่สุดของน้ำแข็งคืออาการภายนอกที่หลากหลายอย่างน่าทึ่ง ด้วยโครงสร้างผลึกเดียวกัน อาจดูแตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง โดยอยู่ในรูปของลูกเห็บและน้ำแข็งใส เกล็ดหิมะปุย เปลือกน้ำแข็งหนาทึบ หรือก้อนน้ำแข็งขนาดยักษ์ น้ำแข็งเกิดขึ้นในธรรมชาติในรูปแบบของทวีป ลอยน้ำ และ น้ำแข็งใต้ดินเช่นเดียวกับในรูปแบบของหิมะและน้ำค้างแข็ง มันแพร่หลายในทุกพื้นที่ที่อยู่อาศัยของมนุษย์ หิมะและน้ำแข็งสะสมในปริมาณมากทำให้เกิดโครงสร้างพิเศษที่มีคุณสมบัติแตกต่างกันโดยพื้นฐานมากกว่าผลึกเดี่ยวหรือเกล็ดหิมะ น้ำแข็งธรรมชาติส่วนใหญ่ก่อตัวขึ้นจากน้ำแข็งที่เกิดจากตะกอน-แปรสภาพ ซึ่งเกิดจากการตกตะกอนในชั้นบรรยากาศอันเป็นผลมาจากการบดอัดและการตกผลึกซ้ำในภายหลัง คุณลักษณะเฉพาะของน้ำแข็งธรรมชาติคือลักษณะเป็นเม็ดและมีลักษณะเป็นแถบ ความละเอียดเกิดจากกระบวนการตกผลึกใหม่ เกล็ดน้ำแข็งแต่ละเม็ดเป็นผลึกที่มีรูปร่างไม่สม่ำเสมอซึ่งอยู่ติดกับผลึกอื่นในก้อนน้ำแข็งอย่างใกล้ชิดในลักษณะที่ส่วนที่ยื่นออกมาของผลึกหนึ่งจะแน่นเข้าไปในช่องของอีกผลึกหนึ่งอย่างแน่นหนา น้ำแข็งดังกล่าวเรียกว่าโพลีคริสตัลไลน์ ในนั้น ผลึกน้ำแข็งแต่ละก้อนเป็นชั้นของใบไม้ที่บางที่สุดซึ่งซ้อนทับกันในระนาบฐานตั้งฉากกับทิศทางของแกนลำแสงของผลึก
น้ำแข็งสำรองทั้งหมดบนโลกมีประมาณ 30 ล้านตัน กม. 3(ตารางที่ 1). น้ำแข็งส่วนใหญ่กระจุกตัวอยู่ในแอนตาร์กติกาซึ่งมีความหนาของชั้นถึง 4 กม.นอกจากนี้ยังมีหลักฐานการมีอยู่ของน้ำแข็งบนดาวเคราะห์ในระบบสุริยะและในดาวหาง น้ำแข็งมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อสภาพอากาศของโลกของเราและที่อยู่อาศัยของสิ่งมีชีวิตบนนั้น ซึ่งนักวิทยาศาสตร์ได้กำหนดสภาพแวดล้อมพิเศษสำหรับน้ำแข็ง - ไครโอสเฟียร์ ซึ่งเป็นขอบเขตที่ขยายสูงไปสู่ชั้นบรรยากาศและลึกเข้าไปในเปลือกโลก
แท็บ 1. ปริมาณ การกระจาย และอายุการใช้งานของน้ำแข็ง
- ประเภทของน้ำแข็ง น้ำหนัก; เขตกระจายพันธุ์; ความเข้มข้นเฉลี่ย g/cm2; อัตราการเพิ่มของน้ำหนัก g/ปี; เวลาชีวิตเฉลี่ยปี
- G; %; ล้าน km2; %
- ธารน้ำแข็ง; 2.4 1022; 98.95; 16.1; 10.9 ซูชิ; 1.48 105; 2.5 1018; 9580
- น้ำแข็งใต้ดิน 2 1020; 0.83; 21; 14.1 ซูชิ 9.52 103; 6 1018; 30-75
- น้ำแข็งทะเล 3.5 1019; 0.14; 26; 7.2 มหาสมุทร 1.34 102; 3.3 1019; 1.05
- หิมะปกคลุม 1.0 1019; 0.04; 72.4; 14.2 โลก; 14.5; 2 1019; 0.3-0.5
- ภูเขาน้ำแข็ง; 7.6 1018; 0.03; 63.5; 18.7 มหาสมุทร 14.3; 1.9 1018; 4.07
- น้ำแข็งในชั้นบรรยากาศ 1.7 1018; 0.01; 510.1; 100 โลก; 3.3 10-1; 3.9 1020; 4 10-3
ผลึกน้ำแข็งมีรูปร่างและสัดส่วนที่ไม่เหมือนใคร คริสตัลธรรมชาติใดๆ ที่กำลังเติบโต รวมถึงผลึกน้ำแข็งของน้ำแข็ง จะพยายามสร้างโครงตาข่ายคริสตัลปกติในอุดมคติเสมอ เนื่องจากสิ่งนี้มีประโยชน์จากมุมมองของพลังงานภายในขั้นต่ำ ตามที่คุณทราบ สิ่งเจือปนใด ๆ ทำให้รูปร่างของคริสตัลบิดเบี้ยว ดังนั้นในระหว่างการตกผลึกของน้ำ โมเลกุลของน้ำจะถูกสร้างขึ้นเป็นอันดับแรกในตาข่าย และอะตอมแปลกปลอมและโมเลกุลของสิ่งเจือปนจะถูกแทนที่ในของเหลว และเมื่อสิ่งเจือปนไม่มีที่ไป ผลึกน้ำแข็งจะเริ่มสร้างพวกมันเป็นโครงสร้างของมันหรือปล่อยให้มันอยู่ในรูปของแคปซูลกลวงที่มีของเหลวเข้มข้นที่ไม่แข็งตัว - น้ำเกลือ ดังนั้นน้ำแข็งทะเลจึงมีความสดและแม้แต่แหล่งน้ำที่สกปรกที่สุดก็ยังถูกปกคลุมด้วยความใสและ น้ำแข็งบริสุทธิ์. เมื่อน้ำแข็งละลาย จะแทนที่สิ่งเจือปนลงในน้ำเกลือ ในระดับดาวเคราะห์ ปรากฏการณ์ของการแช่แข็งและการละลายของน้ำ ควบคู่ไปกับการระเหยและการควบแน่นของน้ำ มีบทบาทในกระบวนการชำระล้างครั้งใหญ่ซึ่งน้ำบนโลกจะชำระตัวเองให้บริสุทธิ์อย่างต่อเนื่อง
แท็บ 2. คุณสมบัติทางกายภาพบางประการของน้ำแข็ง I.
คุณสมบัติ
ความหมาย
บันทึก
ความจุความร้อน แคลอรี/(g °C) ความร้อนของการหลอมเหลว แคลอรี/กรัม ความร้อนของการกลายเป็นไอ แคลอรี/กรัม
0.51 (0°C) 79.69 677
ลดลงอย่างมากเมื่ออุณหภูมิลดลง
ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อน 1/°C
9.1 10-5 (0°ซ)
น้ำแข็งโพลีคริสตัลไลน์
การนำความร้อน แคลอรี/(ซม. วินาที °C)
4.99 10 -3
น้ำแข็งโพลีคริสตัลไลน์
ดัชนีหักเห:
1.309 (-3°ซ)
น้ำแข็งโพลีคริสตัลไลน์
ค่าการนำไฟฟ้าจำเพาะ โอห์ม-1 ซม.-1
10-9 (0°ซ)
พลังงานกระตุ้นที่ชัดเจน 11 กิโลแคลอรี/โมล
การนำไฟฟ้าพื้นผิว, โอห์ม-1
10-10 (-11°C)
พลังงานกระตุ้นที่ชัดเจน 32 กิโลแคลอรี/โมล
โมดูลัสความยืดหยุ่นของ Young ค่าย้อม/ซม.2
9 1010 (-5 °C)
น้ำแข็งโพลีคริสตัลไลน์
ความต้านทาน MN/m2: แรงเฉือนฉีกขาด
2,5 1,11 0,57
น้ำแข็งโพลีคริสตัลไลน์ น้ำแข็งโพลีคริสตัลไลน์ น้ำแข็งโพลีคริสตัลไลน์
ความหนืดไดนามิก ทรงตัว
น้ำแข็งโพลีคริสตัลไลน์
พลังงานกระตุ้นระหว่างการเสียรูปและการผ่อนคลายเชิงกล กิโลแคลอรี/โมล
เพิ่มขึ้นเชิงเส้น 0.0361 kcal/(mol °C) จาก 0 เป็น 273.16 K
หมายเหตุ: 1 แคล/(g °C)=4.186 kJ/(กก. K); 1 โอห์ม -1 ซม. -1 \u003d 100 ซิม / ม. 1 ไดน์ = 10 -5 นิวตัน ; 1 N = 1 กก. ม./วินาที²; 1 ไดน์/ซม.=10 -7 นิวตัน/เมตร; 1 แคล / (ซม. วินาที° C) \u003d 418.68 W / (m K); 1 ชั่ง = g / cm s = 10 -1 N วินาที / m 2
เนื่องจากน้ำแข็งบนโลกมีการกระจายตัวเป็นวงกว้าง ความแตกต่างในคุณสมบัติทางกายภาพของน้ำแข็ง (ตารางที่ 2) จากคุณสมบัติของสารอื่นจึงมีบทบาทสำคัญในกระบวนการทางธรรมชาติหลายอย่าง น้ำแข็งมีคุณสมบัติในการช่วยชีวิตและความผิดปกติอื่น ๆ อีกมากมาย - ความผิดปกติในความหนาแน่น ความดัน ปริมาตร และการนำความร้อน หากไม่มีพันธะไฮโดรเจนที่เชื่อมโมเลกุลของน้ำให้เป็นผลึก น้ำแข็งจะละลายที่อุณหภูมิ -90 องศาเซลเซียส แต่สิ่งนี้ไม่ได้เกิดขึ้นเนื่องจากมีพันธะไฮโดรเจนระหว่างโมเลกุลของน้ำ เนื่องจากความหนาแน่นต่ำกว่าน้ำ น้ำแข็งจึงก่อตัวเป็นชั้นลอยบนผิวน้ำ ซึ่งช่วยปกป้องแม่น้ำและอ่างเก็บน้ำจากการแช่แข็งที่ก้นบ่อ เนื่องจากค่าการนำความร้อนน้อยกว่าน้ำมาก ในขณะเดียวกัน ความหนาแน่นและปริมาตรต่ำสุดจะสังเกตได้ที่ +3.98 °C (รูปที่ 1) การทำให้น้ำเย็นลงถึง 0 0 C จะค่อยๆนำไปสู่การลดลง แต่จะเพิ่มปริมาตรเกือบ 10% เมื่อน้ำกลายเป็นน้ำแข็ง พฤติกรรมของน้ำนี้บ่งบอกถึงการดำรงอยู่พร้อมกันของสองเฟสสมดุลในน้ำ - ของเหลวและกึ่งผลึก โดยเปรียบเทียบกับกึ่งผลึก ตาข่ายผลึกซึ่งไม่เพียงมีโครงสร้างเป็นคาบเท่านั้น แต่ยังมีแกนสมมาตรของคำสั่งต่างๆ ด้วย การมีอยู่ซึ่งก่อนหน้านี้ขัดแย้งกับความคิดของนักผลึกศาสตร์ ทฤษฎีนี้นำเสนอครั้งแรกโดยนักฟิสิกส์ทฤษฎีในประเทศที่รู้จักกันดี Ya. I. Frenkel ตั้งอยู่บนสมมติฐานที่ว่าโมเลกุลของของเหลวบางส่วนก่อตัวเป็นโครงสร้างกึ่งผลึก ในขณะที่โมเลกุลที่เหลือมีลักษณะคล้ายก๊าซอย่างอิสระ เคลื่อนผ่านระดับเสียง การกระจายตัวของโมเลกุลในละแวกเล็กๆ ของโมเลกุลน้ำคงที่ใดๆ มีลำดับที่แน่นอน ค่อนข้างชวนให้นึกถึงผลึก แม้ว่าจะหลวมกว่าก็ตาม ด้วยเหตุนี้ โครงสร้างของน้ำบางครั้งจึงถูกเรียกว่ากึ่งผลึกหรือคล้ายผลึก กล่าวคือ มีความสมมาตรและมีความเป็นระเบียบในการจัดเรียงอะตอมหรือโมเลกุลร่วมกัน
ข้าว. 1. การขึ้นอยู่กับปริมาตรเฉพาะของน้ำแข็งและน้ำกับอุณหภูมิ
คุณสมบัติอีกประการหนึ่งคืออัตราการไหลของน้ำแข็งเป็นสัดส่วนโดยตรงกับพลังงานกระตุ้นและแปรผกผันกับอุณหภูมิสัมบูรณ์ ดังนั้นเมื่ออุณหภูมิลดลง น้ำแข็งจะเข้าใกล้คุณสมบัติที่เป็นของแข็งอย่างสมบูรณ์ โดยเฉลี่ยแล้ว ที่อุณหภูมิใกล้จะละลาย การไหลของน้ำแข็งจะสูงกว่าของหินถึง 10 6 เท่า เนื่องจากความลื่นไหล น้ำแข็งจึงไม่สะสมในที่เดียว แต่เคลื่อนที่อย่างต่อเนื่องในรูปของธารน้ำแข็ง ความสัมพันธ์ระหว่างความเร็วการไหลและความเค้นในน้ำแข็งโพลีคริสตัลไลน์นั้นไฮเปอร์โบลิก ด้วยคำอธิบายโดยประมาณโดยใช้สมการกำลัง เลขชี้กำลังจะเพิ่มขึ้นเมื่อแรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้น
แสงที่มองเห็นไม่ได้ถูกดูดซับโดยน้ำแข็งเนื่องจากรังสีของแสงผ่านผลึกน้ำแข็ง แต่จะปิดกั้นรังสีอัลตราไวโอเลตและรังสีอินฟราเรดส่วนใหญ่จากดวงอาทิตย์ ในบริเวณสเปกตรัมเหล่านี้ น้ำแข็งจะปรากฏเป็นสีดำสนิท เนื่องจากค่าสัมประสิทธิ์การดูดกลืนแสงในบริเวณสเปกตรัมเหล่านี้สูงมาก ซึ่งแตกต่างจากผลึกน้ำแข็ง แสงสีขาวที่ตกลงบนหิมะจะไม่ถูกดูดซับ แต่จะถูกหักเหหลายครั้งในผลึกน้ำแข็งและสะท้อนออกจากใบหน้า นั่นเป็นเหตุผลที่หิมะดูขาว
เนื่องจากการสะท้อนแสงที่สูงมากของน้ำแข็ง (0.45) และหิมะ (สูงถึง 0.95) พื้นที่ที่พวกมันปกคลุมโดยเฉลี่ยประมาณ 72 ล้านเฮกตาร์ต่อปี กม.2ในละติจูดสูงและกลางของทั้งสองซีกโลก - ได้รับความร้อนจากแสงอาทิตย์น้อยกว่าปกติ 65% และเป็นแหล่งความเย็นที่ทรงพลัง พื้นผิวโลกซึ่งส่วนใหญ่กำหนดเขตภูมิอากาศแบบละติจูดที่ทันสมัย ในฤดูร้อน ในบริเวณขั้วโลก การแผ่รังสีของดวงอาทิตย์จะมากกว่าในแถบเส้นศูนย์สูตร อย่างไรก็ตาม อุณหภูมิยังคงต่ำอยู่ เนื่องจากความร้อนที่ดูดซับส่วนสำคัญถูกใช้ไปกับการละลายน้ำแข็งซึ่งมีความร้อนในการหลอมละลายสูงมาก
คุณสมบัติที่ผิดปกติอื่นๆ ของน้ำแข็ง ได้แก่ การสร้างรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าจากผลึกที่กำลังเติบโต เป็นที่ทราบกันว่าสิ่งเจือปนส่วนใหญ่ที่ละลายในน้ำจะไม่ถูกถ่ายโอนไปยังน้ำแข็งเมื่อมันเริ่มเติบโต พวกเขาหยุด ดังนั้นแม้ในแอ่งน้ำที่สกปรกที่สุด ฟิล์มน้ำแข็งก็ยังสะอาดและโปร่งใส ในกรณีนี้ สิ่งเจือปนสะสมอยู่ที่ขอบของตัวกลางที่เป็นของแข็งและของเหลว ในรูปของประจุไฟฟ้าสองชั้นที่มีเครื่องหมายต่างกัน ซึ่งทำให้เกิดความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ ชั้นสิ่งเจือปนที่มีประจุเคลื่อนไปตามขอบเขตล่าง หนุ่มไอซ์และปล่อยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าออกมา ด้วยเหตุนี้จึงสามารถสังเกตรายละเอียดกระบวนการตกผลึกได้ ดังนั้นคริสตัลที่มีความยาวเพิ่มขึ้นในรูปของเข็มจึงแผ่รังสีออกมาแตกต่างจากที่ปกคลุมด้วยกระบวนการด้านข้าง และการแผ่รังสีของธัญพืชที่กำลังเติบโตจะแตกต่างจากที่เกิดขึ้นเมื่อคริสตัลแตก จากรูปร่าง ลำดับ ความถี่ และแอมพลิจูดของพัลส์การแผ่รังสี เราสามารถระบุได้ว่าน้ำแข็งจะแข็งตัวเร็วเพียงใด และโครงสร้างน้ำแข็งชนิดใดที่ก่อตัวขึ้น
แต่สิ่งที่น่าแปลกใจที่สุดเกี่ยวกับโครงสร้างของน้ำแข็งก็คือโมเลกุลของน้ำที่อุณหภูมิต่ำและความดันสูงภายในท่อนาโนคาร์บอนสามารถตกผลึกเป็นรูปร่างเกลียวคู่ได้ ซึ่งชวนให้นึกถึงโมเลกุลของดีเอ็นเอ สิ่งนี้ได้รับการพิสูจน์โดยการทดลองทางคอมพิวเตอร์เมื่อเร็ว ๆ นี้โดยนักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกันที่นำโดย Xiao Cheng Zeng จากมหาวิทยาลัยเนแบรสกา (สหรัฐอเมริกา) เพื่อให้น้ำก่อตัวเป็นเกลียวในการทดลองจำลอง น้ำจะถูกวางในท่อนาโนที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 1.35 ถึง 1.90 นาโนเมตรภายใต้ความดันสูง ซึ่งมีบรรยากาศที่แตกต่างกันตั้งแต่ 10 ถึง 40,000 บรรยากาศ และตั้งค่าอุณหภูมิไว้ที่ –23 °C คาดว่าจะเห็นว่าน้ำในทุกกรณีก่อตัวเป็นโครงสร้างท่อบาง ๆ อย่างไรก็ตาม แบบจำลองแสดงให้เห็นว่าที่ท่อนาโนขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 1.35 นาโนเมตรและความดันภายนอก 40,000 บรรยากาศ พันธะไฮโดรเจนในโครงสร้างน้ำแข็งจะโค้งงอ ซึ่งนำไปสู่การก่อตัวของเกลียวที่มีผนังสองชั้นทั้งภายในและภายนอก ภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้ ผนังด้านในถูกบิดเป็นเกลียวสี่เท่า และผนังด้านนอกประกอบด้วยเกลียวคู่สี่อันที่คล้ายกับโมเลกุลดีเอ็นเอ (รูปที่ 2) ข้อเท็จจริงนี้สามารถใช้เป็นเครื่องยืนยันความเชื่อมโยงระหว่างโครงสร้างของโมเลกุลดีเอ็นเอที่สำคัญอย่างยิ่งยวดกับโครงสร้างของน้ำเอง และน้ำนั้นทำหน้าที่เป็นเมทริกซ์สำหรับการสังเคราะห์โมเลกุลดีเอ็นเอ
ข้าว. 2. แบบจำลองคอมพิวเตอร์ของโครงสร้างของน้ำแช่แข็งในท่อนาโน ซึ่งคล้ายกับโมเลกุล DNA (ภาพถ่ายจาก New Scientist, 2006)
คุณสมบัติที่สำคัญที่สุดอีกประการหนึ่งของน้ำที่ค้นพบและตรวจสอบใน ครั้งล่าสุดอยู่ที่ความจริงที่ว่าน้ำมีความสามารถในการจดจำข้อมูลเกี่ยวกับผลกระทบในอดีต สิ่งนี้ได้รับการพิสูจน์เป็นครั้งแรกโดยนักวิจัยชาวญี่ปุ่น Masaru Emoto และเพื่อนร่วมชาติของเรา Stanislav Zenin ซึ่งเป็นหนึ่งในคนกลุ่มแรกที่เสนอทฤษฎีกลุ่มของโครงสร้างของน้ำ ซึ่งประกอบด้วยวงจรที่เชื่อมโยงกันของโครงสร้างหลายเหลี่ยมจำนวนมาก - กลุ่มของสูตรทั่วไป (H 2 O) n โดยที่ n ตามข้อมูลล่าสุดสามารถเข้าถึงหน่วยนับแสนหรือแม้แต่พันหน่วย เนื่องจากการปรากฏตัวของกลุ่มในน้ำทำให้น้ำมีคุณสมบัติในการให้ข้อมูล นักวิจัยได้ถ่ายภาพกระบวนการที่น้ำกลายเป็นผลึกน้ำแข็งขนาดเล็ก ดำเนินการกับมันด้วยสนามแม่เหล็กไฟฟ้าและเสียง ท่วงทำนอง คำอธิษฐาน คำพูดหรือความคิดต่างๆ ปรากฎว่าภายใต้อิทธิพลของข้อมูลเชิงบวกในรูปแบบของท่วงทำนองและคำพูดที่สวยงาม น้ำแข็งแข็งตัวเป็นผลึกหกเหลี่ยมสมมาตร เมื่อดนตรีไม่เป็นจังหวะดังขึ้น คำพูดที่โกรธเกรี้ยวและดูหมิ่น ตรงกันข้าม น้ำกลับแข็งเป็นผลึกที่วุ่นวายและไม่มีรูปร่าง นี่เป็นข้อพิสูจน์ว่าน้ำมีโครงสร้างพิเศษที่ไวต่ออิทธิพลของข้อมูลภายนอก สันนิษฐานว่าสมองของมนุษย์ซึ่งประกอบด้วยน้ำ 85-90% มีผลต่อโครงสร้างที่แข็งแกร่งของน้ำ
คริสตัล Emoto กระตุ้นทั้งความสนใจและคำวิจารณ์ที่พิสูจน์ได้ไม่เพียงพอ หากคุณดูอย่างระมัดระวัง คุณจะเห็นว่าโครงสร้างของพวกมันประกอบด้วยหกยอด แต่การวิเคราะห์อย่างรอบคอบยิ่งขึ้นแสดงให้เห็นว่าเกล็ดหิมะในฤดูหนาวมีโครงสร้างเหมือนกัน สมมาตรเสมอ และมียอดหกยอด โครงสร้างที่ตกผลึกมีข้อมูลเกี่ยวกับสภาพแวดล้อมที่ถูกสร้างขึ้นมากน้อยเพียงใด โครงสร้างของเกล็ดหิมะสามารถสวยงามหรือไม่มีรูปร่างก็ได้ สิ่งนี้บ่งชี้ว่าตัวอย่างควบคุม (เมฆในชั้นบรรยากาศ) ที่เกิดขึ้นมีผลเช่นเดียวกันกับเงื่อนไขเริ่มต้น เงื่อนไขเริ่มต้นคือกิจกรรมแสงอาทิตย์ อุณหภูมิ สนามธรณีฟิสิกส์ ความชื้น ฯลฯ ทั้งหมดนี้หมายความว่ามาจากสิ่งที่เรียกว่า เราสามารถสรุปได้ว่าโครงสร้างของหยดน้ำและเกล็ดหิมะนั้นใกล้เคียงกัน มวลของพวกมันเกือบจะเท่ากัน และเคลื่อนที่ผ่านชั้นบรรยากาศด้วยความเร็วที่ใกล้เคียงกัน ในบรรยากาศพวกเขายังคงสร้างโครงสร้างและเพิ่มปริมาตร แม้ว่าจะก่อตัวขึ้นในส่วนต่าง ๆ ของเมฆ แต่ก็มีเกล็ดหิมะจำนวนหนึ่งในกลุ่มเดียวกันซึ่งเกิดขึ้นภายใต้สภาวะเกือบเดียวกันเสมอ และคำตอบสำหรับคำถามเกี่ยวกับข้อมูลเชิงบวกและเชิงลบเกี่ยวกับเกล็ดหิมะสามารถพบได้ใน Emoto ภายใต้สภาพห้องปฏิบัติการ ข้อมูลเชิงลบ (แผ่นดินไหว การสั่นสะเทือนของเสียงที่ไม่เอื้ออำนวยต่อบุคคล ฯลฯ) จะไม่ก่อตัวเป็นผลึก แต่เป็นข้อมูลเชิงบวก แต่ตรงกันข้าม เป็นเรื่องที่น่าสนใจมากว่าปัจจัยหนึ่งสามารถสร้างโครงสร้างของเกล็ดหิมะที่เหมือนกันหรือคล้ายกันได้ในระดับใด ความหนาแน่นสูงสุดของน้ำสังเกตได้ที่อุณหภูมิ 4 °C ได้รับการพิสูจน์ทางวิทยาศาสตร์แล้วว่าความหนาแน่นของน้ำจะลดลงเมื่อผลึกน้ำแข็งหกเหลี่ยมเริ่มก่อตัวขึ้นเมื่ออุณหภูมิลดลงต่ำกว่าศูนย์ นี่เป็นผลมาจากการกระทำของพันธะไฮโดรเจนระหว่างโมเลกุลของน้ำ
อะไรคือสาเหตุของโครงสร้างนี้? ผลึกเป็นของแข็ง และอะตอม โมเลกุล หรือไอออนที่เป็นส่วนประกอบของผลึกจะถูกจัดเรียงเป็นโครงสร้างปกติและซ้ำกันในสามมิติเชิงพื้นที่ โครงสร้างของผลึกน้ำจะแตกต่างกันเล็กน้อย จากข้อมูลของ Isaac มีเพียง 10% ของพันธะไฮโดรเจนในน้ำแข็งเท่านั้นที่เป็นโควาเลนต์ กล่าวคือ ด้วยข้อมูลที่ค่อนข้างเสถียร พันธะไฮโดรเจนระหว่างออกซิเจนของน้ำโมเลกุลหนึ่งกับไฮโดรเจนของโมเลกุลอื่นนั้นไวต่ออิทธิพลภายนอกมากที่สุด สเปกตรัมของน้ำในระหว่างการก่อตัวของผลึกนั้นค่อนข้างแตกต่างกันตามเวลา จากผลกระทบของการระเหยของหยดน้ำแบบไม่ต่อเนื่องที่พิสูจน์โดย Antonov และ Yuskeseliyev และการพึ่งพาสถานะพลังงานของพันธะไฮโดรเจน เราสามารถหาคำตอบเกี่ยวกับโครงสร้างของผลึกได้ แต่ละส่วนของสเปกตรัมขึ้นอยู่กับแรงตึงผิวของหยดน้ำ มีหกยอดในสเปกตรัมซึ่งบ่งบอกถึงการแตกกิ่งของเกล็ดหิมะ
เห็นได้ชัดว่าในการทดลองของ Emoto ตัวอย่าง "การควบคุม" เริ่มต้นจะส่งผลต่อรูปลักษณ์ของผลึก ซึ่งหมายความว่าหลังจากสัมผัสกับปัจจัยบางอย่าง การก่อตัวของผลึกดังกล่าวสามารถคาดหวังได้ แทบจะเป็นไปไม่ได้เลยที่จะได้คริสตัลที่เหมือนกัน เมื่อทำการทดสอบผลกระทบของคำว่า "รัก" กับน้ำ Emoto ไม่ได้ระบุอย่างชัดเจนว่าการทดลองนี้ดำเนินการกับตัวอย่างที่แตกต่างกันหรือไม่
จำเป็นต้องมีการทดลองแบบทวีคูณตาบอดเพื่อทดสอบว่าเทคนิค Emoto สร้างความแตกต่างเพียงพอหรือไม่ ข้อพิสูจน์ของ Isaac ที่ว่า 10% ของโมเลกุลของน้ำสร้างพันธะโควาเลนต์หลังจากการแช่แข็งแสดงให้เราเห็นว่าน้ำใช้ข้อมูลนี้เมื่อมันแข็งตัว ความสำเร็จของ Emoto แม้จะไม่มีการทดลองแบบ double-blind แต่ก็ยังคงมีความสำคัญค่อนข้างมากเมื่อเทียบกับคุณสมบัติทางข้อมูลของน้ำ
เกล็ดหิมะธรรมชาติ Wilson Bentley, 1925
เกล็ดหิมะ Emoto ที่ได้จากน้ำธรรมชาติ
เกล็ดหิมะก้อนหนึ่งเป็นธรรมชาติ ส่วนอีกเกล็ดเกิดจาก Emoto ซึ่งบ่งชี้ว่าความหลากหลายของสเปกตรัมของน้ำนั้นไม่มีขีดจำกัด
แผ่นดินไหวโซเฟีย ขนาด 4.0 ริกเตอร์ 15 พฤศจิกายน 2551
ดร. Ignatov, 2008©, ศ. อุปกรณ์ของ Antonov©
ตัวเลขนี้บ่งชี้ความแตกต่างระหว่างตัวอย่างควบคุมกับตัวอย่างในวันอื่นๆ โมเลกุลของน้ำทำลายพันธะไฮโดรเจนที่มีพลังมากที่สุดในน้ำ เช่นเดียวกับจุดสูงสุดสองจุดในสเปกตรัมระหว่างปรากฏการณ์ทางธรรมชาติ การศึกษาดำเนินการโดยใช้อุปกรณ์ Antonov ผลทางชีวกายภาพแสดงให้เห็นถึงความมีชีวิตชีวาของร่างกายที่ลดลงระหว่างเกิดแผ่นดินไหว ระหว่างเกิดแผ่นดินไหว น้ำไม่สามารถเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของเกล็ดหิมะในห้องทดลองของ Emoto ได้ มีหลักฐานการเปลี่ยนแปลงการนำไฟฟ้าของน้ำในระหว่างเกิดแผ่นดินไหว
ในปี 1963 Erasto Mpemba เด็กนักเรียนชาวแทนซาเนียสังเกตเห็นว่าน้ำร้อนกลายเป็นน้ำแข็งเร็วกว่าน้ำเย็น ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าเอฟเฟกต์ Mpemba แม้ว่าอริสโตเติลฟรานซิสเบคอนและเรเน่เดส์การตส์จะสังเกตเห็นคุณสมบัติเฉพาะของน้ำก่อนหน้านี้มาก ปรากฏการณ์นี้ได้รับการพิสูจน์หลายครั้งโดยการทดลองอิสระหลายครั้ง น้ำมีคุณสมบัติที่แปลกอีกอย่างหนึ่ง ในความเห็นของฉัน คำอธิบายสำหรับสิ่งนี้มีดังนี้: สเปกตรัมพลังงานที่ไม่สมดุล (DNES) ของน้ำต้มมีพลังงานเฉลี่ยของพันธะไฮโดรเจนระหว่างโมเลกุลของน้ำต่ำกว่าตัวอย่างที่อุณหภูมิห้อง หมายความว่า น้ำต้มต้องการพลังงานน้อยกว่า เพื่อเริ่มสร้างผลึกและแข็งตัว
กุญแจสำคัญในโครงสร้างของน้ำแข็งและคุณสมบัติของน้ำแข็งนั้นอยู่ที่โครงสร้างของผลึก คริสตัลของการดัดแปลงน้ำแข็งทั้งหมดถูกสร้างขึ้นจากโมเลกุลของน้ำ H 2 O ซึ่งเชื่อมต่อกันด้วยพันธะไฮโดรเจนเป็นโครงตาข่ายสามมิติพร้อมการจัดเรียงตัวของพันธะไฮโดรเจน โมเลกุลของน้ำสามารถจินตนาการได้ว่าเป็นทรงจัตุรมุข (พีระมิดที่มีฐานเป็นรูปสามเหลี่ยม) ที่ใจกลางของมันคืออะตอมออกซิเจนซึ่งอยู่ในสถานะของการผสมพันธุ์แบบ sp 3 และที่จุดยอดสองจุด - โดยอะตอมของไฮโดรเจนซึ่งเป็นหนึ่งในอิเล็กตรอน 1s ที่เกี่ยวข้องกับการก่อตัวของโควาเลนต์ N-เกี่ยวกับการเชื่อมต่อด้วยออกซิเจน จุดยอดที่เหลืออีกสองจุดถูกครอบครองโดยคู่ของอิเล็กตรอนออกซิเจนที่ไม่เข้าคู่ซึ่งไม่มีส่วนร่วมในการก่อตัวของพันธะภายในโมเลกุล ดังนั้นจึงเรียกว่าจุดยอดเดี่ยว รูปร่างเชิงพื้นที่ของโมเลกุล H 2 O อธิบายได้จากการผลักกันของอะตอมไฮโดรเจนและคู่อิเล็กตรอนเดี่ยวของอะตอมออกซิเจนกลาง
พันธะไฮโดรเจนมีความสำคัญในทางเคมีของอันตรกิริยาระหว่างโมเลกุลและขับเคลื่อนด้วยแรงไฟฟ้าสถิตอย่างอ่อนและอันตรกิริยาระหว่างผู้ให้และผู้รับ เกิดขึ้นเมื่ออะตอมไฮโดรเจนที่ขาดอิเล็กตรอนของโมเลกุลน้ำหนึ่งอันมีปฏิสัมพันธ์กับอะตอมออกซิเจนของอะตอมออกซิเจนที่อยู่ใกล้เคียง (О-Н…О) คุณสมบัติที่โดดเด่นพันธะไฮโดรเจนมีความแข็งแรงค่อนข้างต่ำ อ่อนกว่าพันธะโควาเลนต์เคมี 5-10 เท่า ในแง่ของพลังงาน พันธะไฮโดรเจนจะอยู่ในตำแหน่งกึ่งกลางระหว่างพันธะเคมีและอันตรกิริยาของแวนเดอร์วาลส์ที่ยึดโมเลกุลไว้ในสถานะของแข็งหรือของเหลว โมเลกุลของน้ำแต่ละโมเลกุลในผลึกน้ำแข็งสามารถสร้างพันธะไฮโดรเจนสี่พันธะกับโมเลกุลใกล้เคียงอื่น ๆ พร้อมกันในมุมที่กำหนดอย่างเคร่งครัดเท่ากับ 109 ° 47 "ซึ่งมุ่งตรงไปที่จุดยอดของจัตุรมุขซึ่งไม่อนุญาตให้มีการสร้างโครงสร้างที่หนาแน่นเมื่อน้ำแข็งตัว (รูปที่ 3) ในโครงสร้างน้ำแข็ง I, Ic, VII และ VIII จัตุรมุขนี้เป็นปกติ ในโครงสร้างของน้ำแข็ง II, III, V และ VI จัตุรมุขจะบิดเบี้ยวอย่างเห็นได้ชัด ในโครงสร้างของน้ำแข็ง VI, VII และ VIII สอง ระบบพันธะไฮโดรเจนที่ข้ามผ่านกันสามารถแยกแยะได้กรอบที่มองไม่เห็นของพันธะไฮโดรเจนนี้จัดเรียงโมเลกุลของน้ำในรูปของตารางโครงสร้างคล้ายรังผึ้งหกเหลี่ยมที่มีช่องภายในกลวงหากน้ำแข็งได้รับความร้อนโครงสร้างกริดจะถูกทำลาย: น้ำ โมเลกุลเริ่มตกลงสู่ช่องว่างของกริด นำไปสู่โครงสร้างของของเหลวที่หนาแน่นขึ้น ซึ่งอธิบายได้ว่าทำไมน้ำจึงหนักกว่าน้ำแข็ง
ข้าว. 3. การก่อตัวของพันธะไฮโดรเจนระหว่างโมเลกุล H 2 O สี่โมเลกุล (ลูกบอลสีแดงหมายถึงอะตอมของออกซิเจนส่วนกลาง ลูกบอลสีขาวหมายถึงอะตอมของไฮโดรเจน)
ความจำเพาะของพันธะไฮโดรเจนและอันตรกิริยาระหว่างโมเลกุลซึ่งเป็นลักษณะเฉพาะของโครงสร้างของน้ำแข็งนั้นถูกเก็บรักษาไว้ในน้ำที่ละลาย เนื่องจากมีเพียง 15% ของพันธะไฮโดรเจนทั้งหมดเท่านั้นที่ถูกทำลายระหว่างการละลายของผลึกน้ำแข็ง ดังนั้น พันธะที่มีอยู่ในน้ำแข็งระหว่างโมเลกุลของน้ำแต่ละโมเลกุลกับเพื่อนบ้านทั้งสี่ของมัน ("ลำดับช่วงสั้น") จึงไม่ถูกละเมิด แม้ว่าโครงตาข่ายออกซิเจนจะกระจายตัวมากกว่า พันธะไฮโดรเจนสามารถคงอยู่ได้เมื่อน้ำเดือด พันธะไฮโดรเจนไม่มีอยู่ในไอน้ำเท่านั้น
น้ำแข็งซึ่งก่อตัวที่ความดันบรรยากาศและละลายที่อุณหภูมิ 0 ° C เป็นสารที่คุ้นเคยมากที่สุด แต่ยังไม่เข้าใจอย่างสมบูรณ์ โครงสร้างและคุณสมบัติของมันดูผิดปกติมาก ที่โหนดของตาข่ายผลึกน้ำแข็ง อะตอมของออกซิเจนในโมเลกุลของน้ำ tetrahedra ถูกจัดเรียงอย่างเป็นระเบียบ ก่อตัวเป็นรูปหกเหลี่ยมปกติ เช่น รังผึ้งหกเหลี่ยม และอะตอมของไฮโดรเจนครอบครองตำแหน่งต่างๆ บนพันธะไฮโดรเจนที่เชื่อมต่อกับอะตอมของออกซิเจน ( รูปที่ 4) ดังนั้นจึงมีทิศทางของโมเลกุลของน้ำที่เท่ากันหกทิศทางเมื่อเทียบกับเพื่อนบ้าน บางส่วนได้รับการยกเว้นเนื่องจากการมีโปรตอนสองตัวบนพันธะไฮโดรเจนเดียวกันในเวลาเดียวกันนั้นไม่น่าเป็นไปได้ แต่ก็ยังมีความไม่แน่นอนเพียงพอในการวางแนวของโมเลกุลของน้ำ พฤติกรรมนี้ของอะตอมเป็นสิ่งที่ผิดปกติ เนื่องจากในสสารที่เป็นของแข็ง อะตอมทั้งหมดจะปฏิบัติตามกฎเดียวกัน ไม่ว่าจะเป็นอะตอมที่จัดเรียงอย่างเป็นระเบียบ แล้วก็เป็นผลึก หรือแบบสุ่ม แล้วก็เป็นสสารอสัณฐาน โครงสร้างที่ผิดปกติดังกล่าวสามารถรับรู้ได้ในการดัดแปลงน้ำแข็งส่วนใหญ่ - Ih, III, V, VI และ VII (และเห็นได้ชัดว่าใน Ic) (ตารางที่ 3) และในโครงสร้างของน้ำแข็ง II, VIII และ IX น้ำ โมเลกุลถูกจัดเรียงตามทิศทาง จากข้อมูลของ J. Bernal น้ำแข็งมีลักษณะเป็นผลึกเมื่อเทียบกับอะตอมของออกซิเจนและมีลักษณะเป็นแก้วเมื่อเทียบกับอะตอมของไฮโดรเจน
ข้าว. สี่. โครงสร้างของน้ำแข็งที่มีลักษณะเป็นรูปหกเหลี่ยมตามธรรมชาติ I h
ภายใต้เงื่อนไขอื่นๆ เช่น ในอวกาศที่มีความกดดันสูงและอุณหภูมิต่ำ น้ำแข็งจะตกผลึกแตกต่างกัน ก่อตัวเป็นโครงผลึกแบบอื่นๆ และการปรับเปลี่ยน (ลูกบาศก์ ตรีโกณมิติ เตตระโกนอล โมโนคลินิก ฯลฯ) ซึ่งแต่ละแบบจะมีโครงสร้างและโครงผลึกของตัวเอง ( ตารางที่ 3). ). โครงสร้างของน้ำแข็งที่มีการดัดแปลงต่างๆ คำนวณโดยนักวิจัยชาวรัสเซีย ดุษฎีบัณฑิต วิทยาศาสตร์เคมี จี.จี. Malenkov และปริญญาเอก อีเอ Zheligovskaya จากสถาบันเคมีกายภาพและเคมีไฟฟ้า หนึ่ง. Frumkin จาก Russian Academy of Sciences น้ำแข็ง II, III และ การปรับเปลี่ยน V-thเก็บไว้เป็นเวลานานที่ความดันบรรยากาศ ถ้าอุณหภูมิไม่เกิน -170 °C (รูปที่ 5) เมื่อเย็นลงประมาณ -150 °C น้ำแข็งธรรมชาติจะเปลี่ยนเป็นน้ำแข็งลูกบาศก์ Ic ซึ่งประกอบด้วยลูกบาศก์และรูปแปดด้านขนาดสองสามนาโนเมตร น้ำแข็ง I c บางครั้งก็ปรากฏขึ้นเมื่อน้ำแข็งตัวในเส้นเลือดฝอย ซึ่งเห็นได้ชัดว่าเกิดจากปฏิสัมพันธ์ของน้ำกับวัสดุผนังและการทำซ้ำของโครงสร้าง หากอุณหภูมิสูงกว่า -110 0 C เล็กน้อย ผลึกของน้ำแข็งอสัณฐานคล้ายแก้วที่หนาแน่นกว่าและหนักกว่าที่มีความหนาแน่น 0.93 g/cm 3 จะเกิดขึ้นบนพื้นผิวโลหะ น้ำแข็งทั้งสองรูปแบบนี้สามารถเปลี่ยนรูปเป็นน้ำแข็งหกเหลี่ยมได้เอง และยิ่งเร็ว อุณหภูมิก็ยิ่งสูงขึ้น
แท็บ 3. การเปลี่ยนแปลงบางอย่างของน้ำแข็งและพารามิเตอร์ทางกายภาพ
การปรับเปลี่ยน
โครงสร้างคริสตัล
ความยาวพันธะไฮโดรเจน Å
มุม H-O-Hในจัตุรมุข, 0
หกเหลี่ยม
ลูกบาศก์
ตรีโกณมิติ
สี่เหลี่ยม
โมโนคลินิก
สี่เหลี่ยม
ลูกบาศก์
ลูกบาศก์
สี่เหลี่ยม
บันทึก. 1 อั = 10 -10 ม
ข้าว. ห้า. แผนภาพสถานะของน้ำแข็งผลึกของการดัดแปลงต่างๆ
นอกจากนี้ยังมีน้ำแข็งความดันสูง - II และ III ของการดัดแปลงตรีโกณมิติและ tetragonal ซึ่งเกิดจากพื้นที่กลวงที่เกิดจากองค์ประกอบลูกฟูกหกเหลี่ยมที่ขยับสัมพันธ์กันหนึ่งในสาม (รูปที่ 6 และรูปที่ 7) น้ำแข็งเหล่านี้มีความเสถียรเมื่อมีก๊าซมีตระกูลฮีเลียมและอาร์กอน ในโครงสร้างของน้ำแข็ง V ของการดัดแปลง monoclinic มุมระหว่างอะตอมของออกซิเจนที่อยู่ใกล้เคียงมีตั้งแต่ 860 ถึง 132° ซึ่งแตกต่างอย่างมากจากมุมพันธะในโมเลกุลของน้ำ ซึ่งอยู่ที่ 105°47' Ice VI ของการดัดแปลง tetragonal ประกอบด้วยสองเฟรมที่แทรกเข้าด้วยกันซึ่งไม่มีพันธะไฮโดรเจนซึ่งเป็นผลมาจากการที่โครงตาข่ายคริสตัลที่อยู่ตรงกลางร่างกายเกิดขึ้น (รูปที่ 8) โครงสร้างของน้ำแข็ง VI ขึ้นอยู่กับ hexamers ซึ่งเป็นบล็อกของโมเลกุลน้ำหกตัว การกำหนดค่าจะทำซ้ำโครงสร้างของกลุ่มน้ำที่มีเสถียรภาพซึ่งคำนวณได้จากการคำนวณ Ices VII และ VIII ของการดัดแปลงลูกบาศก์ซึ่งเป็นรูปแบบอุณหภูมิต่ำสั่งน้ำแข็ง VII มีโครงสร้างที่คล้ายคลึงกันโดยมีโครงของน้ำแข็ง I แทรกเข้าไปในกันและกัน เมื่อความดันเพิ่มขึ้นตามมา ระยะห่างระหว่างอะตอมออกซิเจนในตาข่ายคริสตัล น้ำแข็งที่ 7และ VIII จะลดลงเป็นผลให้โครงสร้างของน้ำแข็ง X ก่อตัวขึ้นซึ่งอะตอมของออกซิเจนถูกจัดเรียงเป็นตาข่ายปกติและมีการเรียงลำดับโปรตอน
ข้าว. 7. การกำหนดค่า Ice of III
Ice XI เกิดจากการเย็นตัวของน้ำแข็ง I h ด้วยการเติมอัลคาไลต่ำกว่า 72 K ที่ความดันปกติ ภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้ ข้อบกพร่องของผลึกไฮดรอกซิลจะเกิดขึ้น ทำให้ผลึกน้ำแข็งที่กำลังเติบโตเปลี่ยนโครงสร้างได้ Ice XI มีโครงผลึกรูปขนมเปียกปูนที่มีการจัดเรียงโปรตอนตามลำดับ และเกิดขึ้นพร้อมๆ กันในศูนย์การตกผลึกหลายแห่งใกล้กับจุดบกพร่องไฮดรอกซิลของผลึก
ข้าว. 8. การกำหนดค่าน้ำแข็ง VI
ในบรรดาน้ำแข็งนั้น ยังมีรูปแบบที่แพร่กระจายได้ IV และ XII ซึ่งมีอายุเป็นวินาที ซึ่งมีโครงสร้างที่สวยงามที่สุด (รูปที่ 9 และรูปที่ 10) เพื่อให้ได้น้ำแข็งที่แพร่กระจายได้ จำเป็นต้องบีบอัดน้ำแข็ง I h ให้มีความดัน 1.8 GPa ที่อุณหภูมิไนโตรเจนเหลว น้ำแข็งเหล่านี้ก่อตัวได้ง่ายกว่ามากและมีความเสถียรเป็นพิเศษเมื่อน้ำมวลหนักที่เย็นยิ่งยวดได้รับแรงกดดัน การดัดแปลง metastable อื่น - ice IX เกิดขึ้นระหว่างการทำให้เย็นลง น้ำแข็ง IIIและโดยพื้นฐานแล้วแสดงถึงรูปแบบที่มีอุณหภูมิต่ำ
ข้าว. เก้า. การกำหนดค่า Ice IV
ข้าว. 10. การกำหนดค่า Ice XII
การดัดแปลงน้ำแข็งสองครั้งล่าสุด - ด้วย monoclinic XIII และการกำหนดค่าขนมเปียกปูน XIV ถูกค้นพบโดยนักวิทยาศาสตร์จาก Oxford (บริเตนใหญ่) เมื่อไม่นานมานี้ - ในปี 2549 สมมติฐานที่ว่าควรมีผลึกน้ำแข็งที่มีโครงตาข่ายโมโนคลินิกและขนมเปียกปูนอยู่นั้นยากที่จะยืนยันได้: ความหนืดของน้ำที่อุณหภูมิ -160 ° C นั้นสูงมาก และเป็นการยากที่โมเลกุลของน้ำบริสุทธิ์ที่เย็นยิ่งยวดจะมารวมกันในปริมาณดังกล่าว ที่นิวเคลียสของผลึกเกิดขึ้น สิ่งนี้สำเร็จได้ด้วยความช่วยเหลือของตัวเร่งปฏิกิริยา - กรดไฮโดรคลอริก ซึ่งเพิ่มการเคลื่อนที่ของโมเลกุลของน้ำที่อุณหภูมิต่ำ บนโลก การดัดแปลงน้ำแข็งดังกล่าวไม่สามารถก่อตัวขึ้นได้ แต่สามารถดำรงอยู่ได้ในอวกาศบนดาวเคราะห์ที่เย็นลง ดาวเทียมและดาวหางที่ถูกแช่แข็ง ดังนั้น การคำนวณความหนาแน่นและการไหลของความร้อนจากพื้นผิวของดาวบริวารของดาวพฤหัสบดีและดาวเสาร์ทำให้เราสามารถยืนยันได้ว่าแกนีมีดและคัลลิสโตควรมีเปลือกน้ำแข็งซึ่งน้ำแข็ง I, III, V และ VI สลับกัน ที่ไททัน น้ำแข็งไม่ได้ก่อตัวเป็นเปลือกโลก แต่เป็นชั้นแมนเทิล ซึ่งชั้นในประกอบด้วยน้ำแข็ง VI น้ำแข็งความดันสูงอื่นๆ และคลาเทรตไฮเดรต และน้ำแข็ง I h อยู่ด้านบน
ข้าว. สิบเอ็ด. เกล็ดหิมะหลากหลายและรูปร่างในธรรมชาติ
สูงในชั้นบรรยากาศของโลกที่อุณหภูมิต่ำ น้ำจะตกผลึกจากเตตระเฮดรา กลายเป็นน้ำแข็งรูปหกเหลี่ยม I h . ศูนย์กลางของการก่อตัวของผลึกน้ำแข็งคืออนุภาคฝุ่นที่เป็นของแข็ง ซึ่งถูกลมพัดพาขึ้นสู่บรรยากาศชั้นบน เข็มเติบโตรอบไมโครคริสตัลของตัวอ่อนใน 6 ทิศทางที่สมมาตร ซึ่งเกิดจากโมเลกุลของน้ำแต่ละโมเลกุล ซึ่งกระบวนการด้านข้าง - เดนไดรต์จะเติบโต อุณหภูมิและความชื้นของอากาศรอบๆ เกล็ดหิมะจะเท่ากัน ดังนั้นในขั้นต้นจึงมีรูปร่างสมมาตร เมื่อเกล็ดหิมะก่อตัวขึ้น พวกมันจะค่อยๆ จมลงสู่ชั้นล่างของชั้นบรรยากาศซึ่งมีอุณหภูมิสูงขึ้น ที่นี่เกิดการหลอมละลายและรูปทรงเรขาคณิตในอุดมคติบิดเบี้ยว ก่อตัวเป็นเกล็ดหิมะหลายแบบ (รูปที่ 11)
เมื่อละลายต่อไป โครงสร้างหกเหลี่ยมของน้ำแข็งจะถูกทำลายและเกิดส่วนผสมของกระจุกที่เป็นวงกลม รวมทั้งจากไตร-, เตตระ-, เพนตา-, เฮกซาเมอร์ของน้ำ (รูปที่ 12) และโมเลกุลของน้ำอิสระ การศึกษาโครงสร้างของกระจุกที่ก่อตัวขึ้นมักจะยากอย่างมาก เนื่องจากตามข้อมูลสมัยใหม่ น้ำเป็นส่วนผสมของกระจุกที่เป็นกลาง (H 2 O) n และไอออนของกระจุกที่มีประจุ [H 2 O] + n และ [H 2 O] - n ซึ่งอยู่ในสมดุลไดนามิกระหว่างอายุการใช้งาน 10 -11 -10 -12 วินาที
ข้าว. 12.กลุ่มน้ำที่เป็นไปได้ (ah) ขององค์ประกอบ (H 2 O) n โดยที่ n = 5-20
กระจุกสามารถโต้ตอบกันได้เนื่องจากใบหน้าที่ยื่นออกมาของพันธะไฮโดรเจน ก่อตัวเป็นโครงสร้างหลายเหลี่ยมที่ซับซ้อนมากขึ้น เช่น รูปสิบสองหน้า แปดหน้า icosahedron และสิบสองหน้า ดังนั้นโครงสร้างของน้ำจึงเกี่ยวข้องกับสิ่งที่เรียกว่า Platonic solids (tetrahedron, hexahedron, octahedron, icosahedron และ dodecahedron) ซึ่งตั้งชื่อตามนักปรัชญาชาวกรีกโบราณและ geometer Plato ผู้ค้นพบรูปร่างซึ่งถูกกำหนดโดยอัตราส่วนทองคำ (รูปที่ 13)
ข้าว. 13. Platonic solids ซึ่งเป็นรูปทรงเรขาคณิตที่กำหนดโดยอัตราส่วนทองคำ
จำนวนจุดยอด (B) ด้าน (G) และขอบ (P) ในรูปทรงหลายเหลี่ยมเชิงพื้นที่ใดๆ อธิบายโดยความสัมพันธ์:
C + D = P + 2
อัตราส่วนของจำนวนจุดยอด (B) ของรูปทรงหลายเหลี่ยมปกติต่อจำนวนขอบ (P) ของด้านใดด้านหนึ่งจะเท่ากับอัตราส่วนของจำนวนหน้า (G) ของรูปทรงหลายเหลี่ยมเดียวกันกับจำนวนขอบ ( P) โผล่ออกมาจากจุดยอดหนึ่ง สำหรับจัตุรมุขอัตราส่วนนี้คือ 4:3 สำหรับรูปหกเหลี่ยม (6 หน้า) และรูปแปดด้าน (8 หน้า) - 2:1 และสำหรับรูปสิบสองหน้า (12 หน้า) และ icosahedron (20 หน้า) - 4:1
โครงสร้างของกลุ่มน้ำหลายเหลี่ยมที่คำนวณโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซียได้รับการยืนยันโดยใช้วิธีการวิเคราะห์สมัยใหม่: สเปกโทรสโกปีด้วยเรโซแนนซ์แม่เหล็กของโปรตอน, สเปกโทรสโกปีเลเซอร์เฟมโตวินาที, เอ็กซ์เรย์และการเลี้ยวเบนของนิวตรอนบนผลึกน้ำ การค้นพบกลุ่มน้ำและความสามารถของน้ำในการเก็บข้อมูลเป็นการค้นพบที่สำคัญที่สุดสองประการของสหัสวรรษที่ 21 สิ่งนี้พิสูจน์ได้อย่างชัดเจนว่าธรรมชาติมีลักษณะสมมาตรในรูปแบบที่แน่นอน รูปทรงเรขาคณิตและลักษณะสัดส่วนของเกล็ดน้ำแข็ง
วรรณกรรม.
1. Belyanin V. , Romanova E. Life โมเลกุลของน้ำและอัตราส่วนทองคำ // Science and Life, 2004, vol. 10, no. 3, p. 23-34.
2. Shumsky P. A. พื้นฐานของวิทยาศาสตร์น้ำแข็งโครงสร้าง - มอสโก 2498b หน้า 113.
3. Mosin O.V. , Ignatov I. ความตระหนักว่าน้ำเป็นสสารแห่งชีวิต // สติและกายตามความเป็นจริง. 2011, T 16, No. 12, p. 9-22.
4. Petryanov I. V. สารที่ผิดปกติที่สุดในโลก มอสโก, การสอน, 2524, หน้า 51-53.
5 Eisenberg D, Kautsman V. โครงสร้างและคุณสมบัติของน้ำ. - เลนินกราด, Gidrometeoizdat, 1975, p. 431.
6. Kulsky L. A. , Dal V. V. , Lenchina L. G. Water คุ้นเคยและลึกลับ - เคียฟ, โรงเรียน Rodyansk, 1982, p. 62-64.
7. G. N. Zatsepina โครงสร้างและคุณสมบัติของน้ำ - มอสโก, เอ็ด มหาวิทยาลัยแห่งรัฐมอสโก 2517 หน้า 125.
8. Antonchenko V. Ya. , Davydov N. S. , Ilyin V. V. พื้นฐานของฟิสิกส์ของน้ำ - Kyiv, Naukova Dumka, 1991, p. 167.
9. น้ำแข็งคล้าย DNA ของ Simonite T. "เห็น" ภายในท่อนาโนคาร์บอน // New Scientist, V. 12, 2006
10. Emoto M. ข้อความของน้ำ รหัสลับเกล็ดน้ำแข็ง - โซเฟีย 2549 น. 96.
11. S. V. Zenin และ B. V. Tyaglov ธรรมชาติของปฏิสัมพันธ์ที่ไม่ชอบน้ำ การเกิดขึ้นของฟิลด์ปฐมนิเทศในสารละลายที่เป็นน้ำ // Journal of Physical Chemistry, 1994, V. 68, No. 3, p. 500-503.
12. Pimentel J., McClellan O. การเชื่อมต่อไฮโดรเจน - มอสโก, Nauka, 1964, p. 84-85.
13. Bernal J., Fowler R. โครงสร้างของน้ำและสารละลายไอออนิก // Uspekhi fizicheskikh nauk, 1934, vol. 14, no. 5, p. 587-644.
14. Hobza P. , Zahradnik R. Intermolecular complexes: บทบาทของระบบ van der Waals ในเคมีกายภาพและชีววินัย - มอสโก, เมียร์, 2532, น. 34-36.
15. E.R. Pounder, Physics of Ice, แปล จากอังกฤษ. - มอสโก 2510 หน้า 89.
16. Komarov S. M. รูปแบบน้ำแข็งของความกดอากาศสูง // เคมีและชีวิต, 2550, ฉบับที่ 2, หน้า 48-51
17. E. A. Zheligovskaya และ G. G. Malenkov ผลึกน้ำแข็ง // Uspekhi khimii, 2549, ฉบับที่ 75, p. 64.
18. Fletcher N. H. ฟิสิกส์เคมีของน้ำแข็ง, Cambreage, 1970
19. Nemukhin A. V. ความหลากหลายของกลุ่ม // Russian Chemical Journal, 1996, vol. 40, no. 2, p. 48-56.
20. Mosin O.V. , Ignatov I. โครงสร้างของน้ำและความเป็นจริงทางกายภาพ // สติและความเป็นจริงทางกายภาพ 2554 ฉบับที่ 16 ฉบับที่ 9 หน้า 16-32.
21. Ignatov I. ยาชีววัตถุ ต้นกำเนิดของสิ่งมีชีวิต ความทรงจำของน้ำ bioresonance สนามชีวฟิสิกส์ - GaiaLibris โซเฟีย 2549 หน้า 93.
เกล็ดน้ำแข็ง
คำอธิบายทางเลือกปรากฏการณ์บรรยากาศ
ประเภทของฝน
ศิลปินฤดูหนาววาดภาพด้วยสีเดียว
น้ำแข็ง
ผลึกคอนเดนเสทของความชื้นในอากาศ
ปรากฏการณ์สภาพอากาศ
ผมหงอกบนต้นไม้
ฟ้า ฟ้า นอนบนสายไฟ (เพลง)
ชั้นของผลึกน้ำแข็งบนพื้นผิวที่เย็น
ผลึกน้ำแข็งชั้นบางที่เกิดจากการระเหยบนพื้นผิวที่เย็น
หิมะบางๆ บนพื้นผิวที่เย็นลง
เกล็ดน้ำแข็งเกิดจากไอน้ำในอากาศ
. น้ำค้าง "แข็ง"
ตู้เย็นยี่ห้อรัสเซีย
ชั้นหิมะบาง ๆ ก่อตัวขึ้นเนื่องจากการระเหย
หยาดน้ำฟ้า
มันฝรั่งที่นอนสีน้ำเงินบนสายไฟ
. “ไม่ใช่หิมะ ไม่ใช่น้ำแข็ง แต่จะถอนต้นไม้ด้วยเงิน” (ปริศนา)
หยาดน้ำฟ้าสีขาว
น้ำค้างแข็งบนสายไฟ
ฝนตกบนต้นไม้
ปกคลุมต้นไม้ในฤดูหนาว
ต้นไม้เสื้อผ้าฤดูหนาว
น้ำค้างหิมะ
หิมะปกคลุมความชื้น
การโจมตีฤดูหนาวบนต้นสน
หยาดน้ำฟ้าขาวราวหิมะ
น้ำค้างแข็งขาว
หิมะตก
การโจมตีหิมะ
การจู่โจมในฤดูหนาว
. "ความขาว" บนต้นไม้
ฝนตกในฤดูหนาว
ห่อหุ้มต้นไม้ในฤดูหนาว
ควันที่จับตัวเป็นก้อน
มันฝรั่งที่นอนสีฟ้า (เพลง)
ไอน้ำแช่แข็ง
เครื่องแต่งกายฤดูหนาวของต้นไม้
ขอบฤดูหนาวสีขาว
สีฟ้าน้ำเงินวางอยู่บนสายไฟ
. น้ำค้างในฤดูหนาว
น้ำค้างหิมะ
ฝนตกบนสายไฟ
ในฤดูหนาวบนต้นไม้
สีฟ้าวางลงบนสายไฟ
ชั้นหิมะบาง ๆ
หิมะบนกิ่งไม้และสายไฟ
. "และต้นสนที่ผ่าน ... เปลี่ยนเป็นสีเขียว"
มันฝรั่งที่นอนสีฟ้า (เพลง)
เสร็จสิ้นไม้สีเงิน
ฝนตกในฤดูหนาว
สายฝนฟ้าบนสาย (เพลง)
ชื่ออื่นสำหรับน้ำค้างแข็ง
ตามความเป็นจริงแล้ว
. "เมื่อคุณเข้าสู่เกณฑ์ทุกที่ ... "
น้ำค้างแข็งสั้น
น้ำค้างแข็งหลังจากคืนที่หนาวเย็น
. "กองน้ำแข็ง"
หิมะเกือบตก
ขอบหิมะ
น้ำค้างแช่แข็ง
เกือบจะเหมือนกับน้ำค้างแข็ง
หิมะเกือบตกในตอนเช้า
เสียงแหบพร่าบนสายไฟในเพลง
ขอบฤดูหนาวบนพุ่มไม้
ไอน้ำแช่แข็ง
น้ำค้างฤดูหนาว
พุ่มไม้ปกคลุมในฤดูหนาว
. "ผมหงอก" บนกิ่งไม้
. "ปุยน้ำแข็ง"
ชั้นน้ำแข็งบาง ๆ
ชั้นหิมะบาง ๆ
ฤดูหนาว "ผมหงอก"
พุ่มไม้ปกคลุมในฤดูหนาว
ที่วางอยู่บนสายไฟ
น้ำแข็งบนกิ่งไม้
น้ำค้างแข็งบนต้นไม้
เงินฤดูหนาวบนต้นไม้
ภาพวาดโดย Goncharova
สิ่งที่คุณต้องฉีกออกจากรถในฤดูใบไม้ร่วง
น้ำค้างแข็งในฤดูหนาว
ไอน้ำแช่แข็ง
ปรากฏการณ์บรรยากาศ
ผลึกน้ำแข็งชั้นบางที่เกิดจากการระเหยบนพื้นผิวที่เย็น
. "และต้นสนที่ผ่าน ... เปลี่ยนเป็นสีเขียว"
. "เมื่อคุณเข้าสู่เกณฑ์ทุกที่ ... "
. "กองน้ำแข็ง"
. "ปุยน้ำแข็ง"
. น้ำค้าง "แช่แข็ง"
. โรซ่าในฤดูหนาว
. "ผมหงอก" บนกิ่งไม้
. "ฟ้า น้ำเงิน ... นอนบนสายไฟ"
. "และไม่ใช่หิมะและไม่ใช่น้ำแข็ง แต่จะถอนต้นไม้ด้วยเงิน" (ปริศนา)
. "ความขาว" บนต้นไม้
ฤดูหนาว "ผมหงอก"
ควันเยือกแข็ง ความชื้นในอากาศ ซึ่งจับตัวกับวัตถุที่เย็นกว่าอากาศ และจับตัวเป็นน้ำแข็ง ซึ่งเกิดขึ้นหลังจากการกลับมาของน้ำค้างแข็งรุนแรง จากการหายใจ น้ำค้างแข็งเกาะอยู่บนเครา ปลอกคอ บนต้นไม้มีน้ำค้างแข็งหนาทึบ kurzha กระติกน้ำ น้ำค้างแข็งบนผลไม้ ความหมองคล้ำขับเหงื่อ น้ำค้างแข็งปุย - ไปที่ถัง น้ำค้างแข็งขนาดใหญ่ กองหิมะ พื้นดินที่แช่แข็งลึก ไปจนถึงการผลิตธัญพืช หนาวจัดตลอดฤดูหนาว ฤดูร้อนหนัก เพื่อสุขภาพ เกี่ยวกับผู้เผยพระวจนะฮักกัยและดาเนียล น้ำค้างแข็ง เวลาคริสต์มาสที่อบอุ่น และเดือนธันวาคม ใน Gregory of Nikiy มกราคม) มีน้ำค้างแข็งบนกองหญ้า - เป็นปีที่เปียกชื้น น้ำค้างแข็งปกคลุมด้วยน้ำค้างแข็ง หนาวจัด; น้ำค้างแข็งมากมาย หนาวจัด หนาวจัด แต่ในระดับน้อย Ineel m. บน (จาก) กิ่งก้านของต้นไม้ที่หักด้วยน้ำหนักของน้ำค้างแข็ง Hoarfrost หรือ Frostbite, Frostbite, Frostbite?, ถูกปกคลุมด้วยน้ำค้างแข็ง. มุมกระท่อมเย็นยะเยือกและเย็นชา
น้ำค้างแช่แข็ง
สีฟ้าน้ำเงินวางบนสายไฟ
. "ฟ้า-น้ำเงิน...นอนทับสายไฟ"
เราเคยได้ยินเกี่ยวกับคุณสมบัติเฉพาะของน้ำมาหลายครั้งแล้ว หาก "ของเหลวไม่มีสีและไม่มีกลิ่น" ไม่มีคุณสมบัติพิเศษ สิ่งมีชีวิตบนโลกในรูปแบบปัจจุบันคงเป็นไปไม่ได้ อาจกล่าวได้เช่นเดียวกันเกี่ยวกับรูปแบบของแข็งของน้ำ - น้ำแข็ง ตอนนี้นักวิทยาศาสตร์ได้ค้นพบความลับอีกอย่างของมันแล้ว: ในการศึกษาที่เพิ่งตีพิมพ์ ในที่สุดผู้เชี่ยวชาญก็ได้ระบุอย่างแน่ชัดว่าต้องใช้โมเลกุลจำนวนเท่าใดจึงจะได้ผลึกน้ำแข็ง
การเชื่อมต่อที่ไม่ซ้ำใคร
รายการคุณสมบัติที่น่าทึ่งของน้ำอาจยาวมาก มีความจุความร้อนจำเพาะสูงที่สุดในบรรดาของเหลวและของแข็ง ความหนาแน่นของรูปแบบผลึก - นั่นคือน้ำแข็ง - น้อยกว่าความหนาแน่นของน้ำในสถานะของเหลว ความสามารถในการเกาะติด ("แท่ง") แรงตึงผิวสูง - ทั้งหมดนี้และอื่น ๆ อีกมากมายช่วยให้สิ่งมีชีวิตบนโลกเป็นเช่นนั้น
น้ำมีลักษณะเฉพาะของพันธะไฮโดรเจนหรือมากกว่าจำนวนของมัน ด้วยความช่วยเหลือ โมเลกุล H 2 O หนึ่งโมเลกุลสามารถ "จับ" กับโมเลกุลอื่นอีกสี่โมเลกุลได้ "การสัมผัส" ดังกล่าวมีความแข็งแรงน้อยกว่าพันธะโควาเลนต์อย่างเห็นได้ชัด (พันธะ "ธรรมดา" ชนิดหนึ่งที่ยึดเหนี่ยวกัน เช่น อะตอมของไฮโดรเจนและออกซิเจนในโมเลกุลของน้ำ) และการทำลายพันธะไฮโดรเจนแต่ละพันธะนั้นค่อนข้างง่าย แต่มีปฏิสัมพันธ์เช่นนี้มากมายในน้ำ และพวกมันร่วมกันจำกัดอิสระของโมเลกุล H 2 O อย่างเห็นได้ชัด ป้องกันไม่ให้พวกมันหลุดออกจาก "สหาย" ง่ายเกินไป เช่น เมื่อถูกความร้อน พันธะไฮโดรเจนแต่ละพันธะมีอยู่เพียงเสี้ยววินาที - พวกมันถูกทำลายและสร้างใหม่อย่างต่อเนื่อง แต่ในขณะเดียวกัน โมเลกุลของน้ำส่วนใหญ่ก็มีปฏิสัมพันธ์กับ "เพื่อนบ้าน" ของมัน
พันธะไฮโดรเจนมีหน้าที่รับผิดชอบต่อพฤติกรรมที่ผิดปกติของน้ำในระหว่างการตกผลึก นั่นคือ ระหว่างการก่อตัวของน้ำแข็ง ภูเขาน้ำแข็งที่ลอยอยู่บนพื้นผิวมหาสมุทร เปลือกน้ำแข็งในน้ำจืด - ปรากฏการณ์เหล่านี้ไม่ทำให้เราประหลาดใจเพราะเราคุ้นเคยกับมันตั้งแต่แรกเกิด แต่ถ้าสิ่งสำคัญบนโลกไม่ใช่น้ำ แต่เป็นของเหลวอื่น ๆ ก็ไม่มีทั้งลานสเก็ตน้ำแข็งและการตกปลาน้ำแข็งเลย ความหนาแน่นของสารเกือบทั้งหมดในระหว่างการเปลี่ยนสถานะจากของเหลวเป็นของแข็งจะเพิ่มขึ้นเนื่องจากโมเลกุลจะ "กด" กันอย่างใกล้ชิดมากขึ้น ซึ่งหมายความว่ามีมากขึ้นต่อหน่วยปริมาตร
สถานการณ์แตกต่างกับน้ำ ที่อุณหภูมิสูงถึง 4 องศาเซลเซียส ความหนาแน่นของ H 2 O จะเพิ่มขึ้นในลักษณะที่มีระเบียบวินัย แต่เมื่อข้ามขอบเขตนี้ ความหนาแน่นจะลดลงทันที 8 เปอร์เซ็นต์ ปริมาตรน้ำเยือกแข็งจึงเพิ่มขึ้นตาม คุณสมบัตินี้เป็นที่ทราบกันดีสำหรับผู้ที่อาศัยอยู่ในบ้านที่มีท่อที่ไม่ได้ซ่อมแซมเป็นเวลานานหรือผู้ที่ลืมเครื่องดื่มที่มีแอลกอฮอล์ต่ำไว้ในช่องแช่แข็ง
สาเหตุของการเปลี่ยนแปลงความหนาแน่นของน้ำที่ผิดปกติในระหว่างการเปลี่ยนสถานะจากของเหลวเป็นของแข็งนั้นอยู่ในพันธะไฮโดรเจนเดียวกัน โครงผลึกของน้ำแข็งมีลักษณะคล้ายรังผึ้งที่มุมทั้งหกซึ่งมีโมเลกุลของน้ำอยู่ พวกมันเชื่อมต่อกันด้วยพันธะไฮโดรเจน และความยาวของพวกมันเกินความยาวของพันธะโควาเลนต์ "ธรรมดา" เป็นผลให้มีช่องว่างระหว่างโมเลกุลของ H 2 O ที่แข็งตัวมากกว่าที่มีระหว่างกันในสถานะของเหลว เมื่ออนุภาคเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระและสามารถเข้ามาใกล้กันมาก ยกตัวอย่างการเปรียบเทียบการบรรจุโมเลกุลของของเหลวและของแข็งของน้ำ
คุณสมบัติที่โดดเด่นและความสำคัญเป็นพิเศษของน้ำสำหรับผู้อยู่อาศัยในโลกทำให้เธอได้รับความสนใจจากนักวิทยาศาสตร์อย่างต่อเนื่อง คงไม่ใช่เรื่องเกินจริงไปนักหากจะบอกว่าการรวมกันของไฮโดรเจน 2 อะตอมและออกซิเจน 1 อะตอมเป็นสสารที่มีการศึกษาอย่างระมัดระวังที่สุดในโลก อย่างไรก็ตาม ผู้เชี่ยวชาญที่เลือก H 2 O เป็นเรื่องที่ตนสนใจจะไม่ถูกทิ้งไว้โดยไม่มีงานทำ ตัวอย่างเช่น พวกเขาสามารถศึกษาได้ตลอดเวลาว่าแท้จริงแล้วน้ำที่เป็นของเหลวกลายเป็นน้ำแข็งได้อย่างไร กระบวนการตกผลึกซึ่งนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงอย่างมากในคุณสมบัติทั้งหมดนั้นเกิดขึ้นอย่างรวดเร็ว และยังไม่ทราบรายละเอียดอีกมากมาย หลังจากออกนิตยสารฉบับล่าสุด ศาสตร์อีกหนึ่งความลึกลับน้อยลง: ตอนนี้นักวิทยาศาสตร์รู้แล้วว่าต้องใส่โมเลกุลของน้ำกี่โมเลกุลในแก้วเพื่อให้ในความเย็นกลายเป็นน้ำแข็งที่คุ้นเคย
น้ำแข็งที่แตกต่างกัน
คำว่า "ปกติ" ในประโยคก่อนหน้าไม่ได้ใช้สำหรับเหตุผลโวหาร เป็นการตอกย้ำว่า เรากำลังพูดถึงเกี่ยวกับน้ำแข็งผลึก - หนึ่งที่มีโครงตาข่ายหกเหลี่ยมคล้ายรังผึ้ง แม้ว่าน้ำแข็งดังกล่าวจะเป็นเรื่องปกติบนโลกเท่านั้น แต่รูปแบบน้ำแข็งที่แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิงนั้นมีอยู่ทั่วไปในอวกาศระหว่างดวงดาวที่ไม่มีที่สิ้นสุดซึ่งส่วนใหญ่มาจากดาวเคราะห์ดวงที่สามจากดวงอาทิตย์ในห้องทดลอง น้ำแข็งนี้เรียกว่าสัณฐานและไม่มีโครงสร้างปกติ
สามารถรับน้ำแข็งอสัณฐานได้หากน้ำของเหลวเย็นลงอย่างรวดเร็ว (ภายในมิลลิวินาทีหรือเร็วกว่านั้น) และรุนแรงมาก (ต่ำกว่า 120 เคลวิน - ลบ 153.15 องศาเซลเซียส) ภายใต้สภาวะที่รุนแรงเช่นนี้ โมเลกุลของ H 2 O จะไม่มีเวลาจัดระเบียบเป็นโครงสร้างที่เป็นระเบียบ และน้ำจะกลายเป็นของเหลวหนืดซึ่งมีความหนาแน่นมากกว่าน้ำแข็งเล็กน้อย หากอุณหภูมิยังคงต่ำ น้ำจะยังคงอยู่ในรูปของน้ำแข็งอสัณฐานเป็นเวลานานมาก แต่เมื่ออุ่นขึ้น น้ำจะเปลี่ยนสถานะเป็นน้ำแข็งผลึกที่คุ้นเคยมากขึ้น
ความหลากหลายของรูปแบบของแข็งของน้ำไม่ได้ จำกัด อยู่ที่น้ำแข็งผลึกอสัณฐานและหกเหลี่ยม - โดยรวมแล้วนักวิทยาศาสตร์รู้จักมากกว่า 15 ชนิดในปัจจุบัน น้ำแข็งที่พบมากที่สุดในโลกเรียกว่าน้ำแข็ง I h แต่ในชั้นบรรยากาศคุณยังสามารถพบน้ำแข็ง I c ซึ่งเป็นตาข่ายคริสตัลที่มีลักษณะคล้ายตาข่ายเพชร การดัดแปลงน้ำแข็งแบบอื่นอาจเป็นแบบตรีโกณมิติ โมโนคลินิก ลูกบาศก์ ขนมเปียกปูน และขนมหลอกเทียม
แต่ในบางกรณี การเปลี่ยนเฟสระหว่างสองสถานะนี้จะไม่เกิดขึ้น: หากมีโมเลกุลของน้ำน้อยเกินไป แทนที่จะสร้างโครงตาข่ายที่มีการจัดระเบียบอย่างเคร่งครัด พวกมัน "ชอบ" ที่จะคงอยู่ในรูปแบบที่มีลำดับน้อยกว่า “ในกลุ่มโมเลกุลใดๆ ปฏิสัมพันธ์บนพื้นผิวแข่งขันกับปฏิสัมพันธ์ภายในกลุ่ม” Thomas Zeuch หนึ่งในผู้เขียนผลงานชิ้นใหม่ ซึ่งเป็นพนักงานของ Institute of Physical Chemistry แห่งมหาวิทยาลัย Göttingen อธิบายกับ Lente.ru "สำหรับกระจุกที่เล็กกว่านั้น การเพิ่มประสิทธิภาพโครงสร้างผิวของกระจุกนั้นให้พลังงานมากกว่าการสร้างแกนกลางที่เป็นผลึก ดังนั้น กระจุกดังกล่าวจึงยังคงเป็นรูปร่างไม่แน่นอน"
กฎของเรขาคณิตกำหนดว่าเมื่อขนาดของกลุ่มเพิ่มขึ้น เศษส่วนของโมเลกุลที่ปรากฏบนพื้นผิวจะลดลง เมื่อถึงจุดหนึ่ง ผลประโยชน์ด้านพลังงานจากการก่อตัวของตาข่ายคริสตัลมีมากกว่าข้อดีของการจัดเรียงโมเลกุลบนพื้นผิวของกระจุกอย่างเหมาะสมที่สุด และเกิดการเปลี่ยนเฟส แต่เมื่อช่วงเวลานี้มาถึงนักวิทยาศาสตร์ไม่ทราบ
กลุ่มนักวิจัยที่ทำงานภายใต้การแนะนำของศาสตราจารย์ Udo Buck (Udo Buck) จาก Institute of Dynamics and Self-Organization ในเมือง Göttingen สามารถให้คำตอบได้ ผู้เชี่ยวชาญได้แสดงให้เห็นว่า จำนวนขั้นต่ำโมเลกุลที่สามารถสร้างผลึกน้ำแข็งได้คือ 275 บวกหรือลบ 25 ชิ้น
ในการศึกษาของพวกเขา นักวิทยาศาสตร์ใช้วิธีการอินฟราเรดสเปกโทรสโกปี ซึ่งได้รับการปรับปรุงให้ทันสมัยเพื่อให้ผลลัพธ์สามารถแยกความแตกต่างระหว่างสเปกตรัมที่ให้กลุ่มน้ำที่มีขนาดต่างกันเพียงไม่กี่โมเลกุล วิธีการที่พัฒนาโดยผู้เขียนให้ความละเอียดสูงสุดสำหรับกลุ่มที่มีตั้งแต่ 100 ถึง 1,000 โมเลกุล กล่าวคือ ในช่วงเวลานี้ตามที่เชื่อกันคือหมายเลข "เกณฑ์" อยู่ หลังจากนั้นการตกผลึกจะเริ่มขึ้น
นักวิทยาศาสตร์สร้างน้ำแข็งอสัณฐานโดยการส่งไอน้ำที่ผสมกับฮีเลียมผ่านรูที่บางมากเข้าไปในห้องสุญญากาศ เมื่อพยายามบีบเข้าไปในรูเล็กๆ โมเลกุลของน้ำและฮีเลียมจะชนกันอย่างต่อเนื่อง และในการบดอัดนี้สูญเสียพลังงานจลน์ส่วนสำคัญไป เป็นผลให้โมเลกุลที่ "สงบลง" ซึ่งก่อตัวเป็นกระจุกได้ง่ายเข้าไปในห้องสุญญากาศแล้ว
โดยการเปลี่ยนจำนวนโมเลกุลของน้ำและการเปรียบเทียบสเปกตรัมที่เกิดขึ้น นักวิจัยสามารถตรวจจับช่วงเวลาของการเปลี่ยนแปลงจากรูปแบบอสัณฐานไปเป็นรูปแบบผลึกของน้ำแข็ง (สเปกตรัมของรูปแบบทั้งสองนี้มีลักษณะที่แตกต่างกันมาก) ไดนามิกที่นักวิทยาศาสตร์ได้รับนั้นสอดคล้องกับแบบจำลองทางทฤษฎีที่ดี ซึ่งคาดการณ์ว่าหลังจากผ่าน "จุด X" การก่อตัวของตาข่ายคริสตัลจะเริ่มขึ้นตรงกลางของกระจุกและกระจายไปที่ขอบของมัน สัญญาณว่าการตกผลึกใกล้เข้ามาแล้ว (ตามการศึกษาทางทฤษฎีอีกครั้ง) คือการก่อตัวของวงแหวนของโมเลกุลที่มีพันธะไฮโดรเจน 6 โมเลกุล ซึ่งจะเกิดขึ้นเมื่อจำนวนโมเลกุลทั้งหมดในกลุ่มกลายเป็น 275 การเพิ่มจำนวนโมเลกุลเพิ่มเติมนำไปสู่การเติบโตทีละน้อยของโครงตาข่าย และในขั้นตอนที่ 475 ชิ้น สเปกตรัมของกระจุกน้ำแข็งนั้นแยกไม่ออกจากสเปกตรัมที่ให้น้ำแข็งผลึกธรรมดาโดยสิ้นเชิง
"กลไกของการเปลี่ยนเฟสจากสถานะอสัณฐานไปเป็นสถานะผลึกในระดับจุลภาคยังไม่ได้รับการศึกษาโดยละเอียด" Zeuch อธิบาย "เราสามารถเปรียบเทียบข้อมูลการทดลองของเรากับการคาดการณ์ทางทฤษฎีเท่านั้น - และในกรณีนี้ข้อตกลงกลายเป็น ดีมาก ตอนนี้ เริ่มจากผลลัพธ์ปัจจุบัน เรา ร่วมกับนักเคมีเชิงทฤษฎี จะสามารถศึกษาการเปลี่ยนเฟสต่อไปได้ และโดยเฉพาะอย่างยิ่ง เราจะพยายามหาว่ามันเกิดขึ้นเร็วแค่ไหน
งานของ Buck และเพื่อนร่วมงานจัดอยู่ในประเภท "พื้นฐานล้วนๆ" แม้ว่าจะมีโอกาสนำไปใช้ได้จริงบ้าง ผู้เขียนไม่ได้ออกกฎว่าในอนาคต เทคโนโลยีที่พวกเขาสร้างขึ้นเพื่อศึกษากลุ่มน้ำ ซึ่งทำให้สามารถเห็นความแตกต่างเมื่อเติมโมเลกุลหลายตัวลงไป อาจเป็นที่ต้องการในสาขาที่นำไปใช้ด้วย "ในบทความของเรา เราได้อธิบายองค์ประกอบหลักทั้งหมดของเทคโนโลยี เพื่อให้โดยหลักการแล้ว มันสามารถปรับให้เข้ากับการศึกษากลุ่มของโมเลกุลที่เป็นกลางอื่นๆ ได้ อย่างไรก็ตาม หลักการพื้นฐานของอุปกรณ์เลเซอร์ถูกเข้าใจตั้งแต่ช่วงปี 1917 และเลเซอร์ตัวแรกถูกสร้างขึ้นในปี 1960 เท่านั้น ", - Zeuch เตือนไม่ให้มองโลกในแง่ดีมากเกินไป
