Лед это камень или нет

Лед это камень или нет

Лёд — минерал, представляет собой воду в кристаллическом состоянии.
Химический состав льда: Н — 11,2%, О — 88,8%. Иногда содержит газообразные и твердые механические примеси.
В природе лёд представлен, главным образом, одной из нескольких кристаллических модификаций, устойчивой в интервале температур от 0 до 80°C, имеющей точку плавления 0° С.

Кристаллическая структура льда похожа на структуру алмаза: каждая молекула Н20 окружена четырьмя ближайшими к ней молекулами, находящимися на одинаковых расстояниях от нее, равных 2,76Α и размещенных в вершинах правильного тетраэдра. В связи с низким координационным числом структура льда является ажурной, что влияет на его плотность (0,917).

В природе лёд — очень распространенный минерал. В земной коре существует несколько разновидностей льда: речной, озёрный, морской, грунтовый, фирновый и глетчерный. Чаще он образует агрегатные скопления мелкокристаллических зерен. Крупные хорошо огранённые кристаллы встречаются, но очень редко.

GONE.Fludd — КУБИК ЛЬДА [Prod. SHVRP PRICKLES]

Н. Н. Стуловым описаны кристаллы льда северо-восточной части России, встреченные на глубине 55—60 м. от поверхности, имеющие изометрический и столбчатый облик, причем длина наибольшего кристалла равнялась 60 см., а диаметр его основания — 15 см. При перепадах температур около 0° в осенне-зимние сезоныледяные сталактиты (сосульки) растут повсеместно на поверхности Земли при медленном замерзании (кристаллизации) стекающей и капающей воды. Они обычны также в ледяных пещерах.

Ледяные забереги представляют собой полосы ледяного покрова из льда, кристаллизующегося на границе вода-воздух вдоль краёв водоёмов и окаймляющие края луж, берега рек, озёр, прудов, водохранилищ, и тп. при незамерзающей остальной части водного пространства. При их полном срастании на поверхности водоёма образуется сплошной ледяной покров.

Образование льда

Лёд образуется в основном в водных бассейнах при понижении температуры воздуха. На поверхности воды при этом появляется ледяная каша, сложенная из иголочек льда. Снизу на неё нарастают длинные кристаллики льда, у которых оси симметрии шестого порядка размещаются перпендикулярно к поверхности корочки.

Соотношения между кристаллами льда при разных условиях образования показаны на рис. Лед распространен всюду, где имеется влага и где температура опускается ниже 0° С. В некоторых районах грунтовый лед оттаивает только на незначительную глубину, ниже которой начинается вечная мерзлота.

Это так называемые районы вечной мерзлоты; в областях распространения многолетнемерзлых пород в верхних слоях земной коры встречаются т.наз. подземные льды, среди которых различают современный и ископаемый подземный лёд. Не менее 10% всей площади суши Земли покрывают ледники, слагающая их монолитная ледяная порода носит название ледниковый лёд. Ледниковый лёд образуется в основном из скопления снега в результате его уплотнения и преобразования. Ледниковый покров занимает около 75% площади Гренландии и почти всю Антарктиду; самая большая мощность ледников (4330 м.) – установлена близ станции Бэрд (Антарктида). В центральной Гренландии толщина льда достигает 3200 м.

Что лучше охладит напиток: Камень, Металл или Лед ?

Месторождения льда общеизвестны

В местностях с холодной долгой зимой и коротким летом, а также в высокогорных районах образуются ледяные пещеры со сталактитами и сталагмитами, среди которых наиболее интересными являются Кунгурская в Пермской области Приуралья, а также пещера Добшине в Словакии.

В результате замерзания морской воды образуется морской лёд. Характерными свойствами морского льда являются солёность и пористость, которые определяют диапазон его плотности от 0,85 до 0,94 г/см3 . Из-за такой малой плотности льдины возвышаются над поверхностью воды на 1/7-1/10 своей толщины. Морской лёд начинает таять при температуре выше -2,3° С; он более эластичен и труднее поддается раздроблению на части, чем лёд пресноводный.

Практическое значение

Лёд применяется главным образом в холодильном деле, а также для различных целей в медицине, быту и технике.

Источник

Почему лёд является минералом, а опал нет: что мы не знаем о камнях

Каждый из нас хотя бы раз в жизнь сталкивался с камнями. Они окружают нас повсюду: мы ходим по ним на улице, выкапываем из земли в саду, смотрим на них, когда гуляем по горам. Грубо говоря, горы — это тоже камни. А чем они отличаются друг от друга? Какие из пород можно называть минералами, а какие — нет?

Расскажем ниже все, что вам нужно знать о камнях и не только.

По каким параметрам определяют породы?

В геологии нет четкого понятия «камень», вместо него используют термин «порода». И его тоже трактуют по-разному. Геологи называют это понятие противоречивым и нечетким. В широком смысле камнем можно назвать совокупность одного или нескольких типов минералов, которые скреплены в твердую и устойчивую массу.

В геологии выделяют всего три вида горных пород, из которых потом могут образовываться минералы и камни. Их классифицируют по виду происхождения:

1. Магматические породы. Они образуются, когда расплавленная порода (магма) охлаждается и затвердевает после извержения вулкана. Например, это базальт и гранит.
2. Осадочные породы. Они образуются, когда почва смешивается с осадками. За годы вместе они уплотняются и цементируются. Это, например, сланец и песчаник. Осадочные минералы же образуются из останков растений и животных, которые также цементируются. К ним можно отнести известняк и уголь.
3. Метаморфические породы. Они образуются под воздействием тепла и давления, которые в совокупности изменяют существующую породу. Как правило, этот процесс происходит в глубинах земной коры. Так, например, образуется мрамор.

За годы существования породы могут преобразовываться, например, из вулканической в осадочную, а потом и метаморфическую. Порядок может быть произвольным. Конечно, на этот процесс уходит очень много времени: тысячи, а иногда и миллионы лет.

Что такое минерал?

Все камни состоят из минералов. Но что они представляют собой? В геологии принято считать, что минералы должны:

• быть твердым телом;
• образовываться естественными геологическими процессами;
• иметь определенную химическую формулу и кристаллическую структуру.

Например, к минералам относят кварц, глину, слюду или полевой шпат. И графит, и алмаз тоже относят к ним. Что интересно: они оба имеют одинаковую химическую структуру, но их кристаллическая решетка разная. Это и определяет их внешний вид. Лед — тоже минерал, потому что он твердый, неорганический и имеет кристаллическую структуру.

А вот воду к ним отнести нельзя, так как она не представляет собой твердое тело.

Структура играет решающую роль в определении минералов. Так, такие твердые вещества, как стекло или опалы, имеют четкую химическую формулу. Но у них нет кристаллической решетки, поэтому их нельзя называть минералами. Здесь и возникает главная сложность: стекло и опал все же могут быть частью породы.

Дело в том, что в определении породы есть оговорка: она может состоять сразу из нескольких минералов или минералоидов. К последним как раз и относят минеральные вещества, которые не имеют кристаллической решетки. Это стекло, опал, обсидиан и даже ртуть, которая находится в жидком состоянии.

Кто определяет, что называть минералами, а что нет?

Мнения геологов о том, что называть минералом, постоянно расходятся. Чтобы хоть как-то стандартизировать их, ученые основали Международную минералогическую ассоциацию. Ее председатель и отвечает за санкционирование новых минералов. Не стоит думать, что их обнаружение — редкое явление. До сих пор каждый год находят около 100 новых минералов.

Многие из них обладают свойствами, которые полезны для развития промышленности и технологии.

За время своей работы международная ассоциация одобрила более 5000 минералов. Но у геологов до сих пор нет эквивалентного списка горных пород.

Уголь — это горная порода или нет?

Уголь — это определенно горная порода, хотя он и образовывается из органических материалов. В его состав входят останки древней растительности, которая была погребена под землей без доступа к кислороду. Под воздействием тепла и давления они цементировались, преобразовываясь в осадочную породу.

К ним относят и различные окаменелости, проходящие процесс минерализации. Даже янтарь — тоже камень, пусть он и образован из древесного сока, который затвердел, изменил состав и прошел процесс кристаллизации.

К какому типу отнести ледник?

Лед — это кристаллическая форма воды, и его тоже относят к минералам. Соответственно, ледник — это огромный камень. Его относят к мономинеральным породам, так как он состоит только из одного минерала — десятков тысяч снежинок, образующих плотные кристаллы льда.

Соль — тоже камень, ее добывают из соляных поддонов, которые иногда располагаются глубоко под землей. Она состоит из одного минерала — хлорида натрия. Метеориты тоже относятся к камням. Все дело в их составе: они тоже состоят из минералов, но отличных от типичной земной породы. Метеориты образуются из силикатов, иногда смешиваясь с металлами.

Астероиды и кометы — тоже камни.

В жидком состоянии магму нельзя назвать горной породой. Она не имеет кристаллическую структуру. Все меняется, когда магма начинает застывать. По мере охлаждения образуется ряд минералов: кварц, оливин и пироксен. Все вместе они и образуют горную породу.

А что насчет драгоценных камней?

Не существует точного научного определения драгоценных камней. В геологии их принято называть обычными минералами, которые по какой-то причине привлекательны для людей. Как правило, из-за цвета, чистоты или твердости. Большинство драгоценных камней — минералы.

Песок тоже относят к минералам. Технически это набор крошечных камней. Поэтому каждая песчинка — это отдельный минерал. Но назвать слепленный песок камнем все же нельзя. Песчинки не представляют собой твердый объект, любые песочные валуны легко разрушаются, когда вся влага из них высыхает.

Насколько маленькими могут быть камни?

Если взять в качестве примера песок, мы можем сказать, что минералы могут быть по-настоящему крошечными. Их размер никак не влияет на определение: важно только наличие кристаллической решетки.

Камни тоже могут быть крайне маленькими. На определение влияет не размер, а химические свойства. Так, существуют камни диаметром в несколько сотен нанометров в поперечнике. Это значит, что вы не увидите их невооруженным взглядом, вам понадобится микроскоп. Например, при цементировании глины образуется сланец.

Он состоит из очень мелких частиц, каждую из которых можно назвать камнем.

Камни никак не ограничиваются по размеру. Если утрировать, то к ним можно отнести даже целые горы. Фактически, даже вся наша Земля — это один огромный камень, состоящий из бесчисленного множества пород.

Мнения геологов тоже могут отличаться

Людям без опыта трудно определить на глаз, что можно назвать камнем, а что — нет. Их сложно в этом винить, потому что даже геологи по-разному определяют минералы и горные породы. До сих пор они спорят, считать ли камнями предметы искусственного происхождения. Или же к ним можно относить только те, что образовались естественным путем.

Что насчет твердых предметов, созданных нашим организмом? Можно ли считать наши зубы камнями? Их эмаль по составу похожа на апатит — минерал, который образуется в горных породах. Некоторые геологи считают, что зубы и даже желчные камни можно называть минералами. Но Международная ассоциация определяет их как биогенные объекты.

Но если зуб подвергся геологическому процессу, он может стать горной породой, когда образует кристаллическую решетку.

Международная минералогическая ассоциация придерживается мнения, что минералами нельзя назвать объекты, созданные человеком. И это не помешало ей признать уже более 200 минералов, игнорирующих это правило. Так что, возможно, в скором времени от него придется отказаться.

Источник

Ледяные кристаллы

В широком смысле, лёд — это твёрдое состояние такого неметаллического вещества, которое при стандартной температуре и давлении находится в жидком или газообразном состоянии. Например, сухой лёд, аммиачный лёд или метановый лёд.

Основные свойства водного льда

Лёд может существовать в трёх аморфных разновидностях и 15 кристаллических модификациях. Фазовая диаграмма на рисунке справа показывает при каких температурах и давлениях существуют некоторые из этих модификаций (более полное описание см.ниже).

Фазовая диаграмма льда. Давление (ГПа) в логарифмическом масштабе, температура слева — в градусах Цельсия, справа — Кельвина.

В природных условиях Земли лёд представлен, главным образом, одной кристаллической модификацией, кристаллизующейся в гексагональной сингонии (лёд Ih). Во льду Ih каждая молекула Н2O окружена четырьмя ближайшими к ней молекулами, находящимися на одинаковых расстояниях от неё, равных 2,76 Å и размещенных в вершинах правильного тетраэдра.

Ажурная структура такого льда приводит к тому, что его плотность, равная 916,7 кг/м³ при 0°C, ниже плотности воды (999,8 кг/м³) при той же температуре. Поэтому вода, превращаясь в лёд, увеличивает свой объём примерно на 9 %. Кроме того, лёд, будучи легче жидкой воды, образуется на поверхности водоёмов, что препятствует дальнейшему замерзанию воды.

Высокая удельная теплота плавления льда, равная 330 кДж/кг, (для сравнения — удельная теплоты плавления железа равна 270 кДж/кг), служит важным фактором в обороте тепла на Земле. Так, чтобы растопить 1 кг льда или снега, нужно столько же тепла, чтобы нагреть литр воды до 80°C

Лёд встречается в природе в виде собственно льда (материкового, плавающего, подземного), а также в виде снега, инея и т. д. Под действием собственного веса лёд приобретает пластические свойства и текучесть.

Природный лёд обычно значительно чище, чем вода, так как при кристаллизации воды в первую очередь в решётку встают молекулы воды (см. зонная плавка). Лёд может содержать механические примеси — твёрдые частицы, капельки концентрированных растворов, пузырьки газа. Наличием кристалликов соли и капелек рассола объясняется солоноватость морского льда.

Искусственный лёд получается охлаждением, происходящим при растворении некоторых солей в воде или кислотах или охлаждением при испарении жидкостей в разрежённом пространстве.

Лёд на Земле

Общие запасы льда на Земле около 30 млн км³. Основные запасы льда на Земле сосредоточены в полярных шапках (главным образом, в Антарктиде, где толщина слоя льда достигает 4 км).

В океане

Вода в мировом океане солёная и это препятствует образованию льда, поэтому лёд образуется только в полярных и субполярных широтах, где зима долгая и очень холодная. Замерзают некоторые неглубокие моря, расположенные в умеренном поясе. Различают однолетние и многолетние льды. Морской лёд может быть неподвижным, если связан с сушей, или плавучим, то есть дрейфующим. В океане встречаются льды, отколовшиеся от ледников суши и спустившиеся в океан в результате абляции, — айсберги.

Лёд в космосе

Имеются данные о наличии льда на планетах Солнечной системы и в ядрах комет. Изо льда сложена поверхность Европы — спутника Юпитера.

Использование льда в технике

Ледяная гидросмесь. В конце 1980-х годов лаборатория Аргонн разработала технологию изготовления ледяной гидросмеси (Ice Slurry), способной свободно течь по трубам различного диаметра, не собираясь в ледяные наросты, не слипаясь и не забивая системы охлаждения [1] . Солёная водяная суспензия состояла из множества очень мелких ледяных кристалликов округой формы.

Благодаря этому сохраняется подвижность воды и, одновременно, с точки зрения теплотехники она представляет собой лёд, который в 5—7 раз эффективнее простой холодной воды в системах охлаждения зданий. Кроме того, такие смеси перспективны для медицины. Опыты на животных показали, что микрокристаллы смеси льда прекрасно проходят в довольно мелкие кровеносные сосуды и не повреждают клетки. «Ледяная кровь» удлиняет время, в течение которого можно спасти пострадавшего. Скажем, при остановке сердца это время удлиняется, по осторожным оценкам, с 10—15 до 30—45 минут.

Фазы льда

Фаза Характеристики [2] [3]

Аморфный лёд	Аморфный лёд не обладает кристаллической структурой. Он существует в трех формах: аморфный лёд низкой плотности (LDA), образующийся при атмосферном давлении и ниже, аморфный лёд высокой плотности (HDA) и аморфный лёд очень высокой плотности (VHDA), образующийся при высоких давлениях. Лёд LDA получают очень быстрым охлаждением жидкой воды («сверхохлажденная стекловидная вода», HGW), или конденсацией водяного пара на очень холодной подложке («аморфная твёрдая вода», ASW), или путем нагрева высокоплотностных форм льда при нормальном давлении («LDA»).
Лёд Ih	Обычный гексагональный кристаллический лёд. Практически весь лёд на Земле относится ко льду Ih, и только очень малая часть — ко льду Ic.
Лёд Ic	Метастабильный кубический кристаллический лёд. Атомы кислорода расположены как в кристаллической решётке алмаза. Его получают при температуре в диапазоне 130—150 K, он остается устойчивым до 200 K, а при дальнейшем нагреве переходит в лёд Ih. Он изредка встречается в верхних слоях атмосферы.
Лёд II	Тригональный кристаллический лёд с высокоупорядоченной структурой. Образуется изо льда Ih при сжатии и температурах 190—210 K. При нагреве он преобразуется в лёд III.
Лёд III	Тетрагональный кристаллический лёд, который возникает при охлаждении воды до 250 K и давлении 300 МПа. Его плотность больше, чем у воды, но он наименее плотный из всех разновидностей льда в зоне высоких давлений.
Лёд IV	Метастабильный тригональный лёд. Его трудно получить без нуклеирующей затравки.
Лёд V	Моноклинный кристаллический лёд. Возникает при охлажении воды до 253 K и давлении 500 МПа. Обладает самой сложной структурой по сравнению со всеми другими модификациями.
Лёд VI	Тетрагональный кристаллический лёд. Образуется при охлажении воды до 270 K и давлении 1,1 ГПа. В нём проявляется дебаевская релаксация.
Лёд VII	Кубическая модификация. Нарушено расположение атомов водорода; в веществе проявляется дебаевская релаксация. Водородные связи образуют две взаимопроникающие решётки.
Лёд VIII	Более упорядоченный вариант льда VII, где атомы водорода занимают, очевидно, фиксированные положения. Образуется изо льда VII при его охлаждении ниже 5 °C.
Лёд IX	Тетрагональная метастабильная модификация. Постепенно образуется изо льда III при его охлаждении от 208 K до 165 K, стабилен при температуре ниже 140 K и давлениях между 200 и 400 МПа. Его плотность 1,16 г/см³, то есть, несколько выше, чем у обычного льда.
Лёд X	Симметричный лёд с упорядоченным расположением протонов. Образуется при давлениях около 70 ГПа.
Лёд XI	Ромбическая низкотемпературная равновесная форма гексагонального льда. Является сегнетоэлектриком.
Лёд XII	Тетрагональная метастабильная плотная кристаллическая модификация. Наблюдается в фазовом пространстве льда V и льда VI. Можно получить нагреванием аморфного льда высокой плотности от 77 K до примерно 183 K и при давлении 810 МПа.
Лёд XIII	Моноклинная кристаллическая разновидность. Получается при охлаждении воды ниже 130 K и давлении 500 МПа. Разновидность льда V с упорядоченным расположением протонов.
Лёд XIV	Ромбическая кристаллическая разновидность. Получается при температуре ниже 118 K и давлении 1,2 ГПа. Разновидность льда XII с упорядоченным расположением протонов.
Лёд XV	Предсказанная (но ещё не подтвержденная) разновидность льда VI с упорядоченным расположением протонов. Предполагается, что можно получить путем охлажения воды примерно до 108—80 K и давлении 1,1 ГПа.

Новые исследования формирования водяного льда на ровной поверхности меди при температурах 100—140 K показали, что сначала на поверхности возникают цепочки молекул шириной около 1 нм не гексагональной, а пентагональной структуры [4] .

Источник