Лёд

Значение слова Лёд по Ефремовой:
Лёд - Замерзшая, перешедшая в твердое состояние вода.

Значение слова Лёд по словарю Ушакова:
ЛЁД
льда (льду), о льде, на льду, м. 1. Замерзшая, перешедшая от низкой температуры в твердое состояние вода. Ломкий лед. Толстый слой льда. Лед сковал реку. Руки холодные, как лед. Взломав свой синий лед, Нева к морям его несет. Пушкин. Лед идет. Лед почвенный, фирновый, глетчерный (геол.). 2. перен. Символ холодности, бесчувственности. Вы, сударь, камень, сударь, лед. Грибоедов. На языке мед, а в сердце лед. Пословица. 3. только мн. Скопление льда, льдин (геогр.). Вечные льды. Лед разбит (книжн., перевод фр. поговорки la glace est rompue) - сделан первый шаг, положено начало. Но как бы то ни было, а лед был разбит, и о князе можно было говорить вслух. Достоевский.

Определение слова «Лёд» по БСЭ:
Лёд - Вода в твёрдом состоянии; известно 10 кристаллических модификаций Л. и аморфный Л. На рис. 1 изображена фазовая диаграмма воды, из которой видно, при каких температурах и давлениях устойчива та или иная модификация. Наиболее изученным является Л. 1 (табл. 1 и 2) - единственная модификация Л., обнаруженная в природе. Л. встречается в природе в виде собственно Л. (материкового, плавающего, подземного и т.д.), а также в виде снега, инея и т.д. Природный Л. обычно значительно чище, чем вода, т.к. растворимость веществ (кроме NH4F) во Л. крайне плохая. Л. может содержать механические примеси - твёрдые частицы, капельки концентрированных растворов, пузырьки газа. Наличием кристалликов соли и капелек рассола объясняется солоноватость морского льда. Общие запасы Л. на Земле около 30 млн.кмі. Имеются данные о наличии Л. на планетах Солнечной системы и в кометах. Основные запасы Л. на Земле сосредоточены в полярных странах (главным образом в Антарктиде, где толщина слоя Л. достигает 4 км).

Табл. 1. - Некоторые свойства льда I

























СвойствоЗначениеПримечание
Теплоемкость, кал/(г··°C)0,51 (0°C)Сильно уменьшается с
Теплота таяния, кал/г79,69понижением температуры
Теплота парообразования, кал/г677
Коэффициент термического9,1·10−5 (0°C)
расширения, 1/°C
Теплопроводность, кал/(см сек··°C)4,99·10−3
Показатель преломления:1,309 (-3°C)
для обыкновенного луча1,3104 (-3°C)
для необыкновенного луча
Удельная электрическая10−9 (0°C)Кажущаяся энергия
проводимость, ом−1·см−1активации 11ккал/моль
Поверхностная электропроводность,10−10 (-11°C)Кажущаяся энергия
ом−1активации 32ккал/моль
Модуль Юнга, дин/см9·1010 (-5°C)Поликристаллич. лёд
Сопротивление, Мн/м2 :2,5Поликристаллический лёд
раздавливанию1,11Поликристаллический лёд
разрыву0,57Поликристаллический лёд
срезу
Средняя эффективная вязкость, пз1014Поликристаллический лёд
Показатель степени степенного3
закона течения
Энергия активации при11,44-21,3Линейно растет на 0,0361
деформировании и механическойккал/(моль ·°C) от 0 до 273,16
релаксации, ккал/мольК

Примечание. 1 кал/(г·°C)=4,186 кджl (kг (К); 1 ом−1·см−1=100 сим/м; 1 дин/см=10−3 н/м; 1 кал/(см (сек·°C)=418,68 вт/(м (К); 1 пз=10−1 н (сек/мІ.

Табл. 2. - Количество, распространение и время жизни льда 1
















Вид льдаМассаПлощадьСредняяСкоростьСреднее
распространенияконценприроставремя
-трация, г/смІмассы,жизни, год
г%млн. км2%г/год
Ледники2,4·102298,9516,110,91,48 ·1052,5·10189580
суши
Подземный лёд2·10200,832114,19,52 ·10і6·101830-75
суши
Морской лёд3,5·10190,14267,21,34 ·10І3,3·10191,05
океана
Снежный покров1,0·10190,0472,414,214,52 ·10190.3-0,5
Земли
Айсберги7,6·10180,0363,518,714,31,9 ·10184,07
океана
Атмосферный лёд1,7·10180,01510,11003,3 ·10−13,9·10204·10−3
Земли

В связи с широким распространением воды и Л. на земной поверхности резкое отличие части свойств Л. от свойств др. веществ играет важную роль в природных процессах. Вследствие меньшей, чем у воды, плотности Л. образует на поверхности воды плавучий покров, предохраняющий реки и водоёмы от промерзания до дна. Зависимость между установившейся скоростью течения и напряжением у поликристаллического Л. гиперболическая; при приближённом описании её степенным уравнением показатель степени увеличивается по мере роста напряжения; кроме того, скорость течения прямо пропорциональна энергии активации и обратно пропорциональна абсолютной температуре, так что с понижением температуры Л. приближается к абсолютно твёрдому телу.
В среднем при близкой к таянию температуре текучесть Л. в 106 раз выше, чем у горных пород. Благодаря текучести Л. не накопляется беспредельно, а стекает с тех частей земной поверхности, где его выпадает больше, чем стаивает (см. Ледники). Вследствие очень высокой отражательной способности Л. (0,45) и особенно снега (до 0,95) покрытая ими площадь - в среднем за год около 72 млн.км2 в высоких и средних широтах обоих полушарий - получает солнечного тепла на 65% меньше нормы и является мощным источником охлаждения земной поверхности, чем в значительной мере обусловлена современная широтная климатическая зональность. Летом в полярных областях солнечная радиация больше, чем в экваториальном поясе, тем не менее температура остаётся низкой, т. к. значительная часть поглощаемого тепла затрачивается на таяние Л., имеющего очень высокую теплоту таяния.
Л. II, III и V длительное время сохраняются при атмосферном давлении, если температура не превышает -170°C. При нагревании приблизительно до -150°C они превращаются в кубический Л. (Л. Ic), не показанный на диаграмме, т. к. неизвестно, является ли он стабильной фазой. Др. способ получения Л. Ic - конденсация водяных паров на охлажденную до -120°C подложку. При конденсации паров на более холодной подложке образуется аморфный Л. Обе эти формы Л. могут самопроизвольно переходить в гексагональный Л. I, причём тем скорее, чем выше температура.
Л. IV является метастабильной фазой в зоне устойчивости Л. V. Л. IV легче образуется, а возможно и стабилен, если давлению подвергается тяжёлая вода. Кривая плавления льда VII исследована до давления 20 Гн/мІ (200 тыс.кгс/смІ). При этом давлении Л. VII плавится при температуре 400°C. Л. VIII является низкотемпературной упорядоченной формой Л. VII. Л. IX - метастабильная фаза, возникающая при переохлаждении Л. III и по существу представляющая собой низкотемпературную его форму. Вообще явления переохлаждения и метастабильные равновесия очень характерны для фаз, образуемых водой. Некоторые из линий метастабильных равновесий обозначены на диаграмме пунктиром.
Полиморфизм Л. был обнаружен Г. Тамманом (1900) и подробно изучен П. Бриджменом (начиная с 1912). С 60-х гг. фазовая диаграмма воды, полученная Бриджменом, несколько раз дополнялась и уточнялась. В табл. 3 и 4 приведены некоторые данные о структурах модификаций Л. и некоторые их свойства.
Кристаллы всех модификаций Л. построены из молекул воды H2O, соединённых водородными связями в трёхмерный каркас (рис. 2). Каждая молекула участвует в 4 таких связях, направленных к вершинам тетраэдра. В структурах Л. I, Ic, VII и VIII этот тетраэдр правильный, т. е. угол между связями составляет 109°28. Большая плотность Л. VII и VIII объясняется тем, что их структуры содержат по 2 трёхмерные сетки водородных связей (каждая из которых идентична структуре Л. Ic), вставленные одна в другую. В структурах Л. II, III, V и VI тетраэдры заметно искажены. В структурах Л. VI, VII и VIII можно выделить 2 взаимоперекрещивающиеся системы водородных связей.
Данные о положениях протонов в структурах Л. менее определенны, чем атомов кислорода. Можно утверждать, что конфигурация молекулы воды, характерная для пара, сохраняется и в твёрдом состоянии (по-видимому, несколько удлиняются расстояния О - Н вследствие образования водородных связей), а протоны тяготеют к линиям, соединяющим центры атомов кислорода. Т. о. возможны 6 более или менее эквивалентных ориентаций молекул воды относительно их соседей. Часть из них исключается, поскольку нахождение одновременно 2 протонов на одной водородной связи маловероятно, но остаётся достаточная неопределённость в ориентации молекул воды. Она осуществляется в большинстве модификаций Л. - I, III, V, VI и VII (и по-видимому в Ic), так что, по выражению Дж. Бернала, Л. кристалличен в отношении атомов кислорода и стеклообразен в отношении атомов водорода. Во Л. II, VIII и IX молекулы воды ориентационно упорядочены.

Табл. 3. - Некоторые данные о структурах модификаций льда











МодифиСингонияФёдоровскаяДлины водородных связей, ЕУглы О-О-О в тетраэдрах
кациягруппа
IГексагональнаяP63/mmc2,76109,5
IcКубическаяF43m2,76109,5
IIТригональнаяR32,75-2,8480-128
IIIТетрагональнаяP412122,76-2,887-141
VМоноклиннаяA2/a2,76-2,8784-135
VIТетрагональнаяP42/nmc2,79-2,8276-128
VIIКубическаяIm3m2,86109,5
VIIIКубическаяIm3m2,86109,5
IXТетрагональнаяP412122,76-2,887-141

Примечание. 1 A=10−10 м.

Табл. 4. - Плотность и статическая диэлектрическая проницаемость различных льдов











МодификацияТемп-ра,Давление,Плотность, г/смДиэлектрическая
°CМн/мІІпроницаемость
I00,10,9294
Ic-1300,10,93-
II-352101,183,7
III-222001,15117
V-55301,26144
VI158001,34193
VII2525001,65∼150
VIII-5025001,66∼3
IX-1102301,16∼4

Л. в атмосфере, в воде, на земной и водной поверхности и в земной коре оказывает большое влияние на условия обитания и жизнедеятельности растений и животных, на разные виды хозяйственной деятельности человека. Он может вызывать ряд стихийных явлений с вредными и разрушительными последствиями (обледенение летательных аппаратов, судов, сооружений, дорожного полотна и почвы, градобития, метели и снежные заносы, речные заторы и зажоры с наводнениями, ледяные обвалы, разрыв корней растений при образовании слоев Л. в почве и др.).
Прогнозирование, обнаружение, предотвращение вредных явлений, борьба с ними и использование Л. в различных целях (снегозадержание, устройство ледяных переправ, изотермических складов, облицовка хранилищ, льдозакладка шахт и т.п.) представляют предмет ряда разделов гидрометеорологических и инженерно-технических знаний (ледотехника, снеготехника, инженерное мерзлотоведение и др.), деятельности специальных служб (ледовая разведка, ледокольный транспорт, снегоуборочная техника, искусственное сбрасывание лавин и т.д.). Для некоторых видов спорта используются катки с искусственным охлаждением, позволяющие проводить соревнования на Л. в тёплое время года и в закрытом помещении. Природный Л. используется для хранения и охлаждения пищевых продуктов, биологических и медицинских препаратов, для чего он специально производится и заготавливается (см. Ледник, Льдопроизводство).
Лит.: Шумский П. А., Основы структурного ледоведения, М., 1955; Паундер Э. Р., Физика льда, пер. с англ., М., 1967; Eisenberg D., Kauzmann W., The structure and properties of water, Oxf., 1969; Fletcher N. H., The chemical physics of ice, Camb., 1970.
Г. Г. Маленков.
Рис. 1. Фазовая диаграмма воды.

Рис. 2. Схема структуры льда I (показаны атомы кислорода и направления водородных связей) в двух проекциях.

Лёгочный    Лёд    Лёжа