Ľad je pevná látka, ktorá je v stave agregácie, ktorá má pri izbovej teplote tendenciu mať plynnú alebo kvapalnú formu. Vlastnosti ľadu sa začali skúmať pred stovkami rokov. Asi pred dvesto rokmi vedci zistili, že voda nie je jednoduchá zlúčenina, ale zložitý chemický prvok pozostávajúci z kyslíka a vodíka. Po objavení vzorec vody začal vyzerať ako H2O.
Štruktúra ľadu
H2O pozostáva z dvoch atómov vodíka a jedného atómu kyslíka. V pokoji sa vodík nachádza na vrcholoch atómu kyslíka. Ióny kyslíka a vodíka by mali zaberať vrcholy rovnoramenného trojuholníka: kyslík sa nachádza v hornej časti pravého uhla. Táto štruktúra vody sa nazýva dipól.
Ľad obsahuje 11,2 % vodíka a zvyšok tvorí kyslík. Vlastnosti ľadu závisia od jeho chemickej štruktúry. Niekedy obsahuje plynné alebo mechanické formácie -nečistoty.
Ľad sa v prírode nachádza vo forme niekoľkých kryštalických druhov, ktoré si stabilne zachovávajú svoju štruktúru pri teplotách od nuly a nižšie, no pri teplote od nuly a vyššie sa začína topiť.
Kryštálová štruktúra
Vlastnosti ľadu, snehu a pary sú úplne odlišné a závisia od štruktúry kryštálov. V pevnom stave je H2O obklopený štyrmi molekulami umiestnenými v rohoch štvorstenu. Keďže koordinačné číslo je nízke, ľad môže mať prelamovanú štruktúru. To sa odráža vo vlastnostiach ľadu a jeho hustote.
Ľadové tvary
Ľad je jednou z najbežnejších látok v prírode. Na Zemi existujú tieto odrody:
- river;
- jazero;
- maritime;
- firny;
- ľadová čierna;
- ground.
Existuje ľad, ktorý vzniká priamo sublimáciou, t.j. z parného stavu. Tento pohľad nadobúda skeletovú formu (nazývame ich snehové vločky) a zhluky dendritického a kostrového rastu (innova, mráz).
Jednou z najbežnejších foriem sú stalaktity, teda cencúle. Rastú po celom svete: na povrchu Zeme, v jaskyniach. Tento typ ľadu vzniká prúdením kvapiek vody pri teplotnom rozdiele asi nula stupňov v období jeseň-jar.
Útvary vo forme ľadových pásov, ktoré sa objavujú pozdĺž okrajov nádrží, na hranici vody a vzduchu, ako aj pozdĺž okrajov mlák, sa nazývajú ľadové banky.
Ľad sa môže tvoriť v pórovitých pôdach vo forme vláknitej hmotyžila.
ľadové vlastnosti
Látka môže byť v rôznych stavoch. Na základe toho vyvstáva otázka: aká vlastnosť ľadu sa prejavuje v konkrétnom stave?
Vedci identifikujú fyzikálne a mechanické vlastnosti. Každý z nich má svoje vlastné charakteristiky.
Fyzikálne vlastnosti
Fyzikálne vlastnosti ľadu zahŕňajú:
-
Hustota. Vo fyzike je nehomogénne prostredie reprezentované hranicou pomeru hmotnosti látky samotného prostredia k objemu, v ktorom je uzavreté. Hustota vody, podobne ako iných látok, je funkciou teploty a tlaku. Zvyčajne sa pri výpočtoch používa konštantná hustota vody, ktorá sa rovná 1000 kg/m3. Presnejší indikátor hustoty sa berie do úvahy iba vtedy, keď je potrebné vykonať výpočty veľmi presne kvôli dôležitosti výsledku rozdielu hustoty.
Pri výpočte hustoty ľadu sa berie do úvahy, ktorá voda stal sa ľadom: ako viete, hustota slanej vody je vyššia ako destilovaná voda.
-
Teplota vody. Kryštalizácia vody sa zvyčajne vyskytuje pri teplote nula stupňov. Procesy mrazenia sa vyskytujú v skokoch s uvoľňovaním tepla. Opačný proces (topenie) nastáva, keď sa absorbuje rovnaké množstvo tepla, ktoré sa uvoľnilo, ale bez skokov, ale postupne.
V prírode existujú podmienky, pri ktorých je voda podchladená, no nezamŕza. Niektoré rieky zostávajú tekuté aj pri -2 stupňoch.
- Tepelná kapacita. Toto je množstvo tepla, ktoré sa absorbuje, keď sa telo zahrievastupňa. Existuje špecifická tepelná kapacita, ktorá je charakterizovaná množstvom tepla potrebného na zohriatie kilogramu destilovanej vody o jeden stupeň.
- Stlačiteľnosť. Ďalšou fyzikálnou vlastnosťou snehu a ľadu je stlačiteľnosť, ktorá ovplyvňuje zmenšovanie objemu pod vplyvom zvýšeného vonkajšieho tlaku. Recipročné sa nazýva elasticita.
- Sila ľadu.
- Farba ľadu. Táto vlastnosť závisí od absorpcie svetla a rozptylu lúčov, ako aj od množstva nečistôt v zamrznutej vode. Riečny a jazerný ľad bez cudzích nečistôt je viditeľný v svetlomodrom svetle. Morský ľad môže byť úplne iný: modrý, zelený, modrý, biely, hnedý, má oceľový odtieň. Niekedy môžete vidieť čierny ľad. Túto farbu získava vďaka veľkému množstvu minerálov a rôznych organických nečistôt.
Mechanické vlastnosti ľadu
Mechanické vlastnosti ľadu a vody sú určené odolnosťou voči vonkajšiemu prostrediu vo vzťahu k jednotkovej ploche. Mechanické vlastnosti závisia od štruktúry, slanosti, teploty a pórovitosti.
Ľad je elastický, viskózny, plastický útvar, no sú podmienky, za ktorých sa stáva tvrdým a veľmi krehkým.
Morský ľad a sladká voda sú odlišné: prvá z nich je oveľa plastickejšia a menej odolná.
Keď prechádzajú lode, musia sa brať do úvahy mechanické vlastnosti ľadu. Je to dôležité aj pri používaní ľadových ciest, prechodov a ďalších.
Voda, sneh a ľad majúpodobné vlastnosti, ktoré definujú vlastnosti látky. Zároveň však tieto údaje ovplyvňuje mnoho ďalších faktorov: teplota okolia, nečistoty v pevnej látke, ako aj počiatočné zloženie kvapaliny. Ľad je jednou z najzaujímavejších látok na Zemi.
