Лед (замръзнала вода): определение, свойства и точка на замръзване
Научете всичко за леда — дефиниция, физични свойства и точката на замръзване (0°C). Практични съвети за производство на лед и методи за по-бързо замръзване.
Лед е общото наименование на замръзналата вода. Други течности, като амоняк, метан или мляко, могат да бъдат наречени лед, когато замръзнат, но те се наричат например "млечен лед", а не просто "лед". Течната вода се превръща в твърд лед, когато е много студена. Точката на замръзване е 0° по Целзий (32° по Фаренхайт или 273.15 келвина), при атмосферно налягане.
Ледът обикновено се произвежда в домашен хладилник или фризер. Ако водата се постави във фризера и се остави за известно време, тя става много студена и замръзва, създавайки лед. Водата може да се постави в меден (или друг метален) съд, за да се замрази по-бързо в лед. Металите са добри проводници на топлина, така че водата може да замръзне по-бързо, отколкото в пластмасов съд за лед.
Физични свойства
Кристална структура: Обикновеният природен лед, който срещаме при нормално атмосферно налягане, има хексагонална кристална решетка и се отбелязва като лед Ih. Под високо налягане водата може да образува и други фази на лед (II, III, V, VI, VII и др.), които имат различна вътрешна структура и свойства.
Плътност и плаваемост: При 0 °C ледът има плътност около 0.9167 g/cm³, което е по-малко от плътността на течната вода. Това причинява леда да плава върху водата — явление с голямо значение за екосистемите в ледени райони.
Топлофизични характеристики: За да се стопи 1 kg лед при 0 °C, е необходимо около 334 kJ енергия (латентна топлина на топене). Топлопроводимостта на леда е умерена (приблизително 2.1–2.3 W/(m·K) близо до 0 °C), затова ледът служи като относително добър проводник в сравнение с въздуха, но не и с метали.
Прозрачност и цвят: Тънки слоеве лед са прозрачни; масивният лед често изглежда бял поради разсейване на светлината от множество малки въздушни мехурчета и несъвършенства. Големи, чисти ледени маси (като ледници) изглеждат синкави, защото ледът абсорбира по-ефективно червената светлина и пропуска синята.
Как се образува лед
Превръщането на вода в лед започва с ядрене — образуване на малки кристални ядра, около които кристалите на лед растат. В много чиста и спокойна вода може да настъпи свръхохлаждане, при което водата остава течна и под 0 °C докато не се появи ядро (често при −38 °C при хомогенно ядрене). Има и явлението регелация (режецията) — частично топене под високо налягане и последващо повторно замръзване, което позволява на лед да се „залепва“ после.
Природни форми и процеси
Ледът се среща в много форми: снежинки, лед по повърхността на езера и реки, морски лед, ледници, вечна ледена покривка и айсберги. Образуването на лед в природата зависи от температурните условия, наличието на влага и динамиката на средата (ветрове, течения, налягане).
Приложения и опасности
- Приложения: охлаждане и съхранение на храни, производство на напитки, лед за пързаляне и спорт, строителни и транспортни решения (ледени пътища в тундрата), промишлени процеси и научни изследвания.
- Опасности: заледявания по пътища, риск от подхлъзване, повреда на тръби при замръзване, опасност от каляване и счупване при натоварване; студените условия могат да доведат до измръзвания и хипотермия при хора и животни.
Интересни факти
- Водата има необичайно поведение: при замръзване тя се разширява (което може да разруши съдове и тръби).
- Много от свойствата на леда (плътност, тон на цвета, механични характеристики) зависят от примеси, включения на въздух и скоростта на замръзване.
- На големи дълбочини под морското дъно или в планини съществуват фази на лед, които не се срещат на повърхността.
Като цяло ледът е прост и познат материал в ежедневието, но същевременно притежава разнообразие от физични свойства и форми, важни за науката, екологията и практическата употреба.
Лед в кошница
Кристалчета лед върху стъкло
Как се образува лед
За разлика от другите течности водата се разширява при замръзване и се превръща в лед; затова ледът плува върху водата, тъй като плътността му е по-малка от тази на водата. Това е много необичайно - почти всяка друга течност става по-плътна при охлаждане; водният лед обаче е важно изключение. Течната вода се разширява с около 9 %, когато се превръща в лед - тя заема повече място. Това се дължи на факта, че водните молекули всъщност са по-далеч една от друга, вместо да са по-близо една до друга. Молекулите в ледения кристал са подредени по начин, който го прави по-малко плътен от течната вода.Ако водата във водопроводната система замръзне, може да се стигне до спукване на водопроводната тръба. Водата в стъклените бутилки може да ги взриви, когато замръзне. Водата, замръзнала в скални пукнатини, може да се разшири достатъчно, за да разцепи твърдите скали; това е важен геоложки процес на изветряне, който може да разруши планините и да превърне скалите в почва.
Когато материалите се охлаждат, молекулите им вибрират по-слабо и се уплътняват. Когато повечето материали достигнат температура, наречена точка на замръзване, молекулите образуват кристално твърдо тяло - въпреки че някои материали (като стъкло и катран) изобщо не кристализират, а образуват свръхтвърди течности, които изглеждат като твърди. Единствено хелият не замръзва; всички останали вещества замръзват, ако са достатъчно студени, но течности като олио за готвене, антифриз, бензин, азот и др. замръзват при температури, които повечето хора не изпитват.
Солена вода
Солената вода се нуждае от по-ниска температура, за да замръзне, отколкото чистата вода. Полученият лед съдържа много по-малко сол, отколкото солената вода, от която е произлязъл. Този факт понякога се използва за обезсоляване. Соленият лед не е толкова здрав, колкото замразената чиста вода. По подобен начин разпръскването на сол върху леда го разтопява, ако не е твърде студено: солта постепенно се впива в леда, образувайки разсол, който не замръзва при тази температура.
Географски местоположения на леда
Тъй като ледът плува, дори големи водни басейни, които замръзват, като някои океани, образуват лед само на повърхността. Повечето езера никога не замръзват до дъното. Дори най-студените океани, като Северния ледовит океан, замръзват само отгоре, като оставят течния океан да циркулира отдолу. Поради това океаните на Земята са в състояние да преразпределят топлината и климатът на Земята се характеризира с по-малко екстремни стойности на топлина и студ, отколкото в противен случай. Ако ледът потъваше, вместо да плува, океаните щяха да се запълват с лед отдолу, да остават твърди и само част от горната част да се размразява. Твърдият океан не би циркулирал топлина. Но тъй като ледът плува на повърхността, водата под него може да продължи да циркулира, а ледът на повърхността остава открит и лесно се топи при повишаване на температурата.Големите ледени масиви на сушата се наричат ледници. В Антарктида се намира по-голямата част от ледовете в света.
Ледникови периоди
Изменението на климата се случва през цялото време. Когато е много студено, това се нарича ледников период. По време на ледниковия период много големи територии от Земята са покрити с лед, сняг и ледници. Причините за ледниковите периоди са сложни или трудни за разбиране. Глобалното затопляне в момента влияе върху ледените ресурси на Земята и причините за него също са много сложни.
Сух лед
Съществува и "сух лед", който представлява замразен въглероден диоксид. Сухият лед, изложен на нормален въздух, отделя въглероден диоксид, който е без мирис и цвят. Газът е толкова студен, че когато се смеси с въздуха, охлажда водните пари във въздуха до мъгла, която изглежда като гъст бял дим. Често се използва в театъра за създаване на фалшива мъгла или дим.
Сух лед, когато се постави във вода
Въпроси и отговори
В: Какво е лед?
О: Лед е общоприетото наименование на замръзналата вода.
В: Могат ли други течности да се наричат лед?
О: Да, други течности, като амоняк, метан или мляко, могат да бъдат наречени лед, когато замръзнат, но обикновено се наричат със специфичните си имена като "млечен лед".
В: Кога течната вода се превръща в твърд лед?
О: Течната вода се превръща в твърд лед, когато е много студена и температурата ѝ достигне точката на замръзване от 0°C.
В: Как се прави лед у дома?
О: Ледът обикновено се приготвя в домашния хладилник или фризер. Ако водата се постави във фризера и се остави за известно време, тя става много студена и замръзва, създавайки лед.
В: Материалът на съда влияе ли на времето, необходимо на водата да замръзне в лед?
О: Да, водата може да бъде поставена в меден (или друг метален) съд, за да замръзне по-бързо в лед. Металите са добри проводници на топлина, така че водата може да замръзне по-бързо, отколкото в пластмасова тава за лед.
В: Каква е точката на замръзване на водата?
О: Точката на замръзване на водата е 0°C (32°F или 273K).
В: Защо някои течности имат различни имена, когато замръзнат?
О: Някои течности имат различни наименования, когато замръзват, като "млечен лед", защото обикновено са смесени с други съставки, които влияят на свойствата им, когато замръзват.
обискирам