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
Свойство | Значение | Примечание |
Теплоемкость, кал/(г··°C) | 0,51 (0°C) | Сильно уменьшается с |
Теплота таяния, кал/г | 79,69 | понижением температуры |
Теплота парообразования, кал/г | 677 |
Коэффициент термического | 9,1·10−5 (0°C) |
расширения, 1/°C |
Теплопроводность, кал/(см сек··°C) | 4,99·10−3 |
Показатель преломления: | 1,309 (-3°C) |
для обыкновенного луча | 1,3104 (-3°C) |
для необыкновенного луча |
Удельная электрическая | 10−9 (0°C) | Кажущаяся энергия |
проводимость, ом−1·см−1 | | активации 11ккал/моль |
Поверхностная электропроводность, | 10−10 (-11°C) | Кажущаяся энергия |
ом−1 | | активации 32ккал/моль |
Модуль Юнга, дин/см | 9·1010 (-5°C) | Поликристаллич. лёд |
Сопротивление, Мн/м2 : | 2,5 | Поликристаллический лёд |
раздавливанию | 1,11 | Поликристаллический лёд |
разрыву | 0,57 | Поликристаллический лёд |
срезу |
Средняя эффективная вязкость, пз | 1014 | Поликристаллический лёд |
Показатель степени степенного | 3 |
закона течения |
Энергия активации при | 11,44-21,3 | Линейно растет на 0,0361 |
деформировании и механической | | ккал/(моль ·°C) от 0 до 273,16 |
релаксации, ккал/моль | | К |
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 льда | Масса | Площадь | Средняя | Скорость | Среднее |
| | распространения | концен | прироста | время |
- | трация, г/смІ | массы, | жизни, год |
| г | % | млн. км2 | % | | г/год |
Ледники | 2,4·1022 | 98,95 | 16,1 | 10,9 | 1,48 ·105 | 2,5·1018 | 9580 |
| | | | суши |
Подземный лёд | 2·1020 | 0,83 | 21 | 14,1 | 9,52 ·10і | 6·1018 | 30-75 |
| | | | суши |
Морской лёд | 3,5·1019 | 0,14 | 26 | 7,2 | 1,34 ·10І | 3,3·1019 | 1,05 |
| | | | океана |
Снежный покров | 1,0·1019 | 0,04 | 72,4 | 14,2 | 14,5 | 2 ·1019 | 0.3-0,5 |
| | | | Земли |
Айсберги | 7,6·1018 | 0,03 | 63,5 | 18,7 | 14,3 | 1,9 ·1018 | 4,07 |
| | | | океана |
Атмосферный лёд | 1,7·1018 | 0,01 | 510,1 | 100 | 3,3 ·10−1 | 3,9·1020 | 4·10−3 |
| | | | 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 10
6 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.км
2 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 H
2O, 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
Модифи | Сингония | Фёдоровская | Длины водородных связей, Е | Углы О-О-О в тетраэдрах |
кация | | группа | | |
I | Гексагональная | P63/mmc | 2,76 | 109,5 |
Ic | Кубическая | F43m | 2,76 | 109,5 |
II | Тригональная | R3 | 2,75-2,84 | 80-128 |
III | Тетрагональная | P41212 | 2,76-2,8 | 87-141 |
V | Моноклинная | A2/a | 2,76-2,87 | 84-135 |
VI | Тетрагональная | P42/nmc | 2,79-2,82 | 76-128 |
VII | Кубическая | Im3m | 2,86 | 109,5 |
VIII | Кубическая | Im3m | 2,86 | 109,5 |
IX | Тетрагональная | P41212 | 2,76-2,8 | 87-141 |
Примечание. 1 A=10
−10 м.
Табл. 4. - Плотность и статическая диэлектрическая проницаемость различных льдов
Модификация | Темп-ра, | Давление, | Плотность, г/см | Диэлектрическая |
| °C | Мн/мІ | І | проницаемость |
I | 0 | 0,1 | 0,92 | 94 |
Ic | -130 | 0,1 | 0,93 | - |
II | -35 | 210 | 1,18 | 3,7 |
III | -22 | 200 | 1,15 | 117 |
V | -5 | 530 | 1,26 | 144 |
VI | 15 | 800 | 1,34 | 193 |
VII | 25 | 2500 | 1,65 | ∼150 |
VIII | -50 | 2500 | 1,66 | ∼3 |
IX | -110 | 230 | 1,16 | ∼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