الجليد هو مادة صلبة في حالة تجمع يميل إلى أن يكون له شكل غازي أو سائل في درجة حرارة الغرفة. بدأت دراسة خصائص الجليد منذ مئات السنين. منذ حوالي مائتي عام ، اكتشف العلماء أن الماء ليس مركبًا بسيطًا ، ولكنه عنصر كيميائي معقد يتكون من الأكسجين والهيدروجين. بعد الاكتشاف ، بدأت صيغة الماء تبدو مثل H2O.
هيكل الجليد
H2O يتكون من ذرتين هيدروجين وذرة أكسجين. في حالة الراحة ، يوجد الهيدروجين أعلى ذرة الأكسجين. يجب أن تحتل أيونات الأكسجين والهيدروجين رؤوس مثلث متساوي الساقين: يقع الأكسجين أعلى الزاوية اليمنى. يسمى هذا الهيكل المائي ثنائي القطب.
الجليد هو 11.2٪ هيدروجين والباقي أكسجين. تعتمد خصائص الجليد على تركيبته الكيميائية. في بعض الأحيان يحتوي على تكوينات غازية أو ميكانيكية -الشوائب.
تم العثور على الجليد في الطبيعة على شكل عدد قليل من الأنواع البلورية التي تحتفظ بشكل ثابت ببنيتها عند درجات حرارة من الصفر وما دون ، ولكن عند الصفر وما فوق يبدأ في الذوبان.
هيكل بلوري
خصائص الجليد والثلج والبخار مختلفة تمامًا وتعتمد على هيكل البلورات. في الحالة الصلبة H2O محاط بأربعة جزيئات موجودة في زوايا رباعي الوجوه. نظرًا لأن رقم التنسيق منخفض ، فقد يكون للجليد هيكل مفتوح. وينعكس ذلك في خصائص الجليد وكثافته.
أشكال الجليد
الجليد هو أحد أكثر المواد شيوعًا في الطبيعة. على الأرض ، هناك الأنواع التالية منه:
- نهر ؛
- بحيرة ؛
- بحري ؛
- فيرني ؛
- أسود جليدي ؛
- أرض.
يوجد جليد يتكون مباشرة من التسامي ، أي من حالة البخار. يأخذ هذا المنظر شكلًا هيكليًا (نطلق عليه رقاقات الثلج) ومجموعات من النمو الشجيري والهيكل العظمي (الصقيع الصقيع).
أحد أكثر الأشكال شيوعًا هو الهوابط ، أي رقاقات الثلج. إنها تنمو في جميع أنحاء العالم: على سطح الأرض ، في الكهوف. يتكون هذا النوع من الجليد من تدفق قطرات الماء عند اختلاف درجة الحرارة بنحو صفر درجة في فترة الخريف والربيع.
التشكيلات على شكل شرائح جليدية تظهر على طول حواف الخزانات ، عند حدود الماء والهواء ، وكذلك على طول حافة البرك ، تسمى بنوك الجليد.
يمكن أن يتكون الجليد في تربة مسامية على شكل ليفيةالوريد
خصائص الجليد
يمكن أن تكون المادة في حالات مختلفة. بناءً على هذا السؤال الذي يطرح نفسه: ما خاصية الجليد التي تتجلى في حالة معينة؟
يحدد العلماء الخصائص الفيزيائية والميكانيكية. كل منهم له خصائصه الخاصة.
الخصائص الفيزيائية
الخصائص الفيزيائية للجليد تشمل:
-
الكثافة. في الفيزياء ، يتم تمثيل الوسيط غير المتجانس بحدود نسبة كتلة مادة الوسط نفسه إلى الحجم الذي يحيط به. تعتمد كثافة الماء ، مثل المواد الأخرى ، على درجة الحرارة والضغط. عادة ، يتم استخدام كثافة ثابتة من الماء في العمليات الحسابية ، والتي تساوي 1000 كجم / م3. يؤخذ مؤشر الكثافة الأكثر دقة في الاعتبار فقط عندما يكون من الضروري إجراء حسابات دقيقة للغاية نظرًا لأهمية نتيجة اختلاف الكثافة.
عند حساب كثافة الجليد ، يتم أخذ الماء في الاعتبار تحول إلى جليد: كما تعلم ، فإن كثافة الماء المالح أعلى من كثافة الماء المقطر.
-
درجة حرارة الماء. عادة ما يحدث تبلور الماء عند درجة حرارة صفر درجة. تحدث عمليات التجميد في قفزات مع إطلاق الحرارة. تحدث العملية العكسية (الذوبان) عندما يتم امتصاص نفس كمية الحرارة التي تم إطلاقها ، ولكن بدون قفزات ، ولكن بشكل تدريجي
في الطبيعة ، هناك ظروف يتم فيها تبريد الماء بشكل فائق ، لكنه لا يتجمد. تبقى بعض الأنهار سائلة حتى عند درجتين.
- السعة الحرارية. هذه هي كمية الحرارة التي يتم امتصاصها عند تسخين الجسم لكل منهماالدرجة العلمية. هناك سعة حرارية محددة وتتميز بكمية الحرارة المطلوبة لتسخين كيلوغرام من الماء المقطر بدرجة واحدة.
- الانضغاط. خاصية فيزيائية أخرى للثلج والجليد هي قابلية الانضغاط ، والتي تؤثر على انخفاض الحجم تحت تأثير الضغط الخارجي المتزايد. يسمى المقلوب بالمرونة.
- قوة الجليد.
- لون الجليد. تعتمد هذه الخاصية على امتصاص الضوء وتشتت الأشعة ، وكذلك على كمية الشوائب في الماء المجمد. يمكن رؤية جليد الأنهار والبحيرات بدون شوائب غريبة في الضوء الأزرق الباهت. يمكن أن يكون الجليد البحري مختلفًا تمامًا: أزرق ، أخضر ، أزرق ، أبيض ، بني ، له صبغة فولاذية. في بعض الأحيان يمكنك رؤية الجليد الأسود. يكتسب هذا اللون بسبب كمية المعادن الكبيرة والشوائب العضوية المختلفة.
الخصائص الميكانيكية للجليد
يتم تحديد الخصائص الميكانيكية للثلج والماء من خلال مقاومة البيئة الخارجية فيما يتعلق بمساحة الوحدة. تعتمد الخواص الميكانيكية على التركيب والملوحة ودرجة الحرارة والمسامية.
الجليد هو تشكيل بلاستيكي مرن ولزج ، ولكن هناك ظروف يصبح فيها قاسيًا وهشًا للغاية.
جليد البحر والمياه العذبة مختلفان: الأول هو بلاستيك أكثر بكثير وأقل متانة.
عند مرور السفن ، يجب مراعاة الخصائص الميكانيكية للجليد. من المهم أيضًا عند استخدام الطرق الجليدية والمعابر والمزيد.
الماء والثلج والجليدالخصائص المتشابهة التي تحدد خصائص المادة. ولكن في الوقت نفسه ، هناك العديد من العوامل الأخرى التي تؤثر على هذه القراءات: درجة الحرارة المحيطة ، والشوائب في المادة الصلبة ، وكذلك التكوين الأولي للسائل. الجليد هو أحد أكثر المواد إثارة للاهتمام على وجه الأرض.
