น้ำแข็งเป็นของแข็งที่อยู่ในสถานะการรวมตัวซึ่งมีแนวโน้มที่จะมีรูปร่างเป็นก๊าซหรือของเหลวที่อุณหภูมิห้อง คุณสมบัติของน้ำแข็งเริ่มมีการศึกษาเมื่อหลายร้อยปีก่อน ประมาณสองร้อยปีที่แล้ว นักวิทยาศาสตร์ค้นพบว่าน้ำไม่ใช่สารประกอบธรรมดา แต่เป็นองค์ประกอบทางเคมีที่ซับซ้อนซึ่งประกอบด้วยออกซิเจนและไฮโดรเจน หลังการค้นพบ สูตรน้ำเริ่มดูเหมือน H2O.
โครงสร้างของน้ำแข็ง
H2O ประกอบด้วยไฮโดรเจน 2 อะตอม และออกซิเจน 1 อะตอม ที่เหลือไฮโดรเจนจะอยู่ที่ยอดของอะตอมออกซิเจน ไอออนของออกซิเจนและไฮโดรเจนควรอยู่ในจุดยอดของสามเหลี่ยมหน้าจั่ว: ออกซิเจนจะอยู่ที่ด้านบนสุดของมุมฉาก โครงสร้างของน้ำนี้เรียกว่าไดโพล
น้ำแข็งมีไฮโดรเจน 11.2% ที่เหลือคือออกซิเจน คุณสมบัติของน้ำแข็งขึ้นอยู่กับโครงสร้างทางเคมี บางครั้งก็มีการก่อตัวของก๊าซหรือทางกล -สิ่งเจือปน
น้ำแข็งพบได้ในธรรมชาติในรูปแบบของสปีชีส์ผลึกสองสามชนิดที่คงโครงสร้างไว้อย่างมั่นคงที่อุณหภูมิตั้งแต่ศูนย์และต่ำกว่า แต่ที่ศูนย์และสูงกว่าจะเริ่มละลาย
โครงสร้างผลึก
คุณสมบัติของน้ำแข็ง หิมะ และไอน้ำนั้นแตกต่างกันอย่างสิ้นเชิงและขึ้นอยู่กับโครงสร้างของผลึก ในสถานะของแข็ง H2O ล้อมรอบด้วยโมเลกุลสี่ตัวที่ตั้งอยู่ที่มุมของจัตุรมุข เนื่องจากจำนวนการประสานงานต่ำ น้ำแข็งอาจมีโครงสร้าง openwork สิ่งนี้สะท้อนให้เห็นในคุณสมบัติของน้ำแข็งและความหนาแน่น
น้ำแข็งรูปร่าง
น้ำแข็งเป็นหนึ่งในสารที่พบมากที่สุดในธรรมชาติ บนโลกมีหลากหลายประเภทดังต่อไปนี้:
- แม่น้ำ;
- ทะเลสาบ;
- การเดินเรือ;
- เฟิร์น;
- กลาเซียลแบล็ค
- พื้น
มีน้ำแข็งเกิดขึ้นจากการระเหิดโดยตรงคือ จากสถานะไอ มุมมองนี้อยู่ในรูปแบบโครงกระดูก (เราเรียกว่าเกล็ดหิมะ) และมวลรวมของเดนไดรต์และการเติบโตของโครงกระดูก (น้ำค้างแข็ง น้ำค้างแข็ง)
รูปแบบที่พบได้บ่อยที่สุดคือหินย้อย เช่น หยาด พวกมันเติบโตทั่วโลก: บนพื้นผิวโลกในถ้ำ น้ำแข็งชนิดนี้เกิดจากการไหลของหยดน้ำที่อุณหภูมิต่างกันประมาณศูนย์องศาในช่วงฤดูใบไม้ร่วงและฤดูใบไม้ผลิ
การก่อตัวของแถบน้ำแข็งที่ปรากฏตามขอบอ่างเก็บน้ำ ที่ชายแดนของน้ำและอากาศ ตลอดจนตามขอบแอ่งน้ำ เรียกว่า ตลิ่งน้ำแข็ง
น้ำแข็งเกิดได้ในดินที่มีรูพรุนเป็นเส้นๆเส้นเลือด
คุณสมบัติของน้ำแข็ง
สารสามารถอยู่ในสถานะต่างๆ จากสิ่งนี้ คำถามจึงเกิดขึ้น: คุณสมบัติใดของน้ำแข็งที่ปรากฏในสถานะใดสถานะหนึ่ง?
นักวิทยาศาสตร์ระบุคุณสมบัติทางกายภาพและทางกล แต่ละคนมีลักษณะเฉพาะของตัวเอง
สมบัติทางกายภาพ
คุณสมบัติทางกายภาพของน้ำแข็งได้แก่:
-
ความหนาแน่น. ในวิชาฟิสิกส์ ตัวกลางที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกันจะถูกแทนด้วยขีดจำกัดอัตราส่วนของมวลของสารของตัวกลางเองต่อปริมาตรที่มันถูกปิดล้อม ความหนาแน่นของน้ำ เช่นเดียวกับสารอื่นๆ เป็นหน้าที่ของอุณหภูมิและความดัน โดยปกติความหนาแน่นคงที่ของน้ำจะถูกใช้ในการคำนวณ เท่ากับ 1000 kg/m3 ตัวบ่งชี้ความหนาแน่นที่แม่นยำยิ่งขึ้นจะถูกนำมาพิจารณาเมื่อจำเป็นต้องทำการคำนวณอย่างแม่นยำมากเท่านั้นเนื่องจากความสำคัญของผลลัพธ์ของความแตกต่างของความหนาแน่น
เมื่อคำนวณความหนาแน่นของน้ำแข็ง จะพิจารณาว่าน้ำชนิดใด กลายเป็นน้ำแข็ง: อย่างที่ทราบความหนาแน่นของน้ำเกลือสูงกว่าน้ำกลั่น
-
อุณหภูมิน้ำ. โดยปกติการตกผลึกของน้ำจะเกิดขึ้นที่อุณหภูมิศูนย์องศา กระบวนการแช่แข็งเกิดขึ้นจากการกระโดดด้วยการปล่อยความร้อน กระบวนการย้อนกลับ (ละลาย) เกิดขึ้นเมื่อปริมาณความร้อนเท่ากันที่ปล่อยออกมาแต่ไม่มีการกระโดด แต่ค่อยๆ
ในธรรมชาติมีสภาวะที่น้ำจะเย็นมากแต่จะไม่แข็งตัว แม่น้ำบางสายยังคงเป็นของเหลวแม้ที่อุณหภูมิ -2 องศา
- ความจุความร้อน. คือปริมาณความร้อนที่ดูดซับเมื่อร่างกายได้รับความร้อนในแต่ละส่วนระดับ. มีความจุความร้อนจำเพาะ ซึ่งมีลักษณะเฉพาะโดยปริมาณความร้อนที่ต้องใช้ในการให้ความร้อนต่อน้ำกลั่นหนึ่งกิโลกรัม 1 องศา
- การบีบอัด. คุณสมบัติทางกายภาพอีกประการของหิมะและน้ำแข็งคือการอัดตัวซึ่งส่งผลต่อการลดลงของปริมาตรภายใต้อิทธิพลของแรงดันภายนอกที่เพิ่มขึ้น ส่วนกลับเรียกว่าความยืดหยุ่น
- ความแรงของน้ำแข็ง
- สีของน้ำแข็ง. คุณสมบัตินี้ขึ้นอยู่กับการดูดกลืนแสงและการกระเจิงของรังสี เช่นเดียวกับปริมาณของสิ่งสกปรกในน้ำที่เย็นจัด น้ำแข็งในแม่น้ำและทะเลสาบที่ไม่มีสิ่งเจือปนจะมองเห็นได้ในแสงสีฟ้าอ่อน น้ำแข็งทะเลสามารถแตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง: น้ำเงิน, เขียว, น้ำเงิน, ขาว, น้ำตาล, มีโทนสีเหมือนเหล็ก บางครั้งคุณสามารถเห็นน้ำแข็งสีดำ ได้สีนี้มาจากแร่ธาตุจำนวนมากและสิ่งสกปรกอินทรีย์ต่างๆ
คุณสมบัติทางกลของน้ำแข็ง
คุณสมบัติทางกลของน้ำแข็งและน้ำถูกกำหนดโดยความต้านทานต่อสภาพแวดล้อมภายนอกที่สัมพันธ์กับพื้นที่หนึ่งหน่วย คุณสมบัติทางกลขึ้นอยู่กับโครงสร้าง ความเค็ม อุณหภูมิ และความพรุน
น้ำแข็งมีลักษณะเป็นพลาสติกยืดหยุ่น หนืด แต่มีเงื่อนไขที่น้ำแข็งจะแข็งและเปราะมาก
น้ำแข็งทะเลและน้ำจืดต่างกัน: อันแรกเป็นพลาสติกมากกว่าและทนทานน้อยกว่า
เมื่อเรือแล่นผ่าน ต้องคำนึงถึงคุณสมบัติทางกลของน้ำแข็งด้วย นอกจากนี้ยังเป็นสิ่งสำคัญเมื่อใช้ถนนน้ำแข็ง ทางแยก และอื่นๆ
มีน้ำ หิมะ น้ำแข็งคุณสมบัติคล้ายคลึงกันที่กำหนดคุณสมบัติของสาร แต่ในขณะเดียวกัน ปัจจัยอื่นๆ มากมายก็มีอิทธิพลต่อการอ่านค่าเหล่านี้: อุณหภูมิแวดล้อม สิ่งเจือปนในของแข็ง ตลอดจนองค์ประกอบเริ่มต้นของของเหลว น้ำแข็งเป็นหนึ่งในสารที่น่าสนใจที่สุดในโลก
