Ο πάγος είναι μια στερεή ουσία που βρίσκεται σε κατάσταση συσσωμάτωσης, η οποία τείνει να έχει αέρια ή υγρή μορφή σε θερμοκρασία δωματίου. Οι ιδιότητες του πάγου άρχισαν να μελετώνται πριν από εκατοντάδες χρόνια. Πριν από περίπου διακόσια χρόνια, οι επιστήμονες ανακάλυψαν ότι το νερό δεν είναι μια απλή ένωση, αλλά ένα πολύπλοκο χημικό στοιχείο που αποτελείται από οξυγόνο και υδρογόνο. Μετά την ανακάλυψη, ο τύπος του νερού άρχισε να μοιάζει με H2O.
Η δομή του πάγου
Το
H2Ο αποτελείται από δύο άτομα υδρογόνου και ένα άτομο οξυγόνου. Σε ηρεμία, το υδρογόνο βρίσκεται στις κορυφές του ατόμου οξυγόνου. Τα ιόντα οξυγόνου και υδρογόνου πρέπει να καταλαμβάνουν τις κορυφές ενός ισοσκελούς τριγώνου: το οξυγόνο βρίσκεται στην κορυφή μιας ορθής γωνίας. Αυτή η δομή του νερού ονομάζεται δίπολο.
Ο πάγος είναι 11,2% υδρογόνο και το υπόλοιπο είναι οξυγόνο. Οι ιδιότητες του πάγου εξαρτώνται από τη χημική του δομή. Μερικές φορές περιέχει αέριους ή μηχανικούς σχηματισμούς -ακαθαρσίες.
Ο πάγος βρίσκεται στη φύση με τη μορφή μερικών κρυσταλλικών ειδών που διατηρούν σταθερά τη δομή τους σε θερμοκρασίες από μηδέν και κάτω, αλλά στο μηδέν και πάνω αρχίζει να λιώνει.
Κρυσταλλική δομή
Οι ιδιότητες του πάγου, του χιονιού και του ατμού είναι εντελώς διαφορετικές και εξαρτώνται από τη δομή των κρυστάλλων. Στη στερεά κατάσταση το H2O περιβάλλεται από τέσσερα μόρια που βρίσκονται στις γωνίες του τετραέδρου. Δεδομένου ότι ο αριθμός συντονισμού είναι χαμηλός, ο πάγος μπορεί να έχει διάτρητη δομή. Αυτό αντανακλάται στις ιδιότητες του πάγου και την πυκνότητά του.
Σχήματα πάγου
Ο πάγος είναι μια από τις πιο κοινές ουσίες στη φύση. Στη Γη, υπάρχουν οι ακόλουθες ποικιλίες του:
- ποταμός;
- λίμνη;
- θαλάσσια;
- firny;
- glacial black;
- ground.
Υπάρχει πάγος που σχηματίζεται απευθείας με εξάχνωση, δηλ. από την κατάσταση ατμού. Αυτή η όψη παίρνει μια σκελετική μορφή (τις ονομάζουμε νιφάδες χιονιού) και συσσωματώματα δενδριτικής και σκελετικής ανάπτυξης (παγεός, παγετός).
Μία από τις πιο κοινές μορφές είναι οι σταλακτίτες, δηλαδή τα παγάκια. Αναπτύσσονται σε όλο τον κόσμο: στην επιφάνεια της Γης, σε σπηλιές. Αυτός ο τύπος πάγου σχηματίζεται από τη ροή του νερού σε μια διαφορά θερμοκρασίας περίπου μηδέν βαθμών την περίοδο φθινοπώρου-άνοιξης.
Οι σχηματισμοί με τη μορφή λωρίδων πάγου που εμφανίζονται κατά μήκος των άκρων των δεξαμενών, στα όρια νερού και αέρα, καθώς και κατά μήκος της άκρης των λακκούβων, ονομάζονται τράπεζες πάγου.
Ο πάγος μπορεί να σχηματιστεί σε πορώδη εδάφη με τη μορφή ινώδουςφλέβα.
Ιδιότητες πάγου
Η ουσία μπορεί να βρίσκεται σε διαφορετικές καταστάσεις. Με βάση αυτό, τίθεται το ερώτημα: ποια ιδιότητα του πάγου εκδηλώνεται σε μια συγκεκριμένη κατάσταση;
Οι επιστήμονες εντοπίζουν φυσικές και μηχανικές ιδιότητες. Καθένα από αυτά έχει τα δικά του χαρακτηριστικά.
Φυσικές ιδιότητες
Οι φυσικές ιδιότητες του πάγου περιλαμβάνουν:
-
Πυκνότητα. Στη φυσική, ένα ανομοιογενές μέσο αντιπροσωπεύεται από το όριο της αναλογίας της μάζας της ουσίας του ίδιου του μέσου προς τον όγκο στον οποίο περικλείεται. Η πυκνότητα του νερού, όπως και άλλες ουσίες, είναι συνάρτηση της θερμοκρασίας και της πίεσης. Συνήθως, στους υπολογισμούς χρησιμοποιείται σταθερή πυκνότητα νερού, ίση με 1000 kg/m3. Ένας πιο ακριβής δείκτης πυκνότητας λαμβάνεται υπόψη μόνο όταν είναι απαραίτητο να γίνουν υπολογισμοί με μεγάλη ακρίβεια λόγω της σημασίας του αποτελέσματος της διαφοράς πυκνότητας.
Κατά τον υπολογισμό της πυκνότητας του πάγου, λαμβάνεται υπόψη ποιο νερό έγινε πάγος: όπως γνωρίζετε, η πυκνότητα του αλμυρού νερού είναι μεγαλύτερη από το απεσταγμένο νερό.
-
Θερμοκρασία νερού. Συνήθως η κρυστάλλωση του νερού γίνεται σε θερμοκρασία μηδέν βαθμών. Οι διαδικασίες κατάψυξης συμβαίνουν σε άλματα με την απελευθέρωση θερμότητας. Η αντίστροφη διαδικασία (τήξη) συμβαίνει όταν απορροφάται η ίδια ποσότητα θερμότητας που απελευθερώθηκε, αλλά χωρίς άλματα, αλλά σταδιακά.
Στη φύση, υπάρχουν συνθήκες υπό τις οποίες το νερό υπερψύχεται, αλλά δεν παγώνει. Μερικά ποτάμια παραμένουν υγρά ακόμη και στους -2 βαθμούς.
- Θερμοχωρητικότητα. Αυτή είναι η ποσότητα θερμότητας που απορροφάται όταν το σώμα θερμαίνεται για κάθε έναβαθμός. Υπάρχει μια ειδική θερμοχωρητικότητα, η οποία χαρακτηρίζεται από την ποσότητα θερμότητας που απαιτείται για να θερμανθεί ένα κιλό απεσταγμένου νερού κατά ένα βαθμό.
- Συμπιεστότητα. Μια άλλη φυσική ιδιότητα του χιονιού και του πάγου είναι η συμπιεστότητα, η οποία επηρεάζει τη μείωση του όγκου υπό την επίδραση της αυξημένης εξωτερικής πίεσης. Το αντίστροφο ονομάζεται ελαστικότητα.
- Δύναμη πάγου.
- Το χρώμα του πάγου. Αυτή η ιδιότητα εξαρτάται από την απορρόφηση του φωτός και τη σκέδαση των ακτίνων, καθώς και από την ποσότητα των ακαθαρσιών στο παγωμένο νερό. Ο πάγος του ποταμού και της λίμνης χωρίς ξένες ακαθαρσίες είναι ορατός στο απαλό μπλε φως. Ο θαλάσσιος πάγος μπορεί να είναι εντελώς διαφορετικός: μπλε, πράσινος, μπλε, λευκός, καφέ, έχει μια ατσάλινη απόχρωση. Μερικές φορές μπορείτε να δείτε μαύρο πάγο. Αποκτά αυτό το χρώμα λόγω της μεγάλης ποσότητας μετάλλων και διαφόρων οργανικών ακαθαρσιών.
Μηχανικές ιδιότητες του πάγου
Οι μηχανικές ιδιότητες του πάγου και του νερού καθορίζονται από την αντίσταση στο εξωτερικό περιβάλλον σε σχέση με μια μονάδα επιφάνειας. Οι μηχανικές ιδιότητες εξαρτώνται από τη δομή, την αλατότητα, τη θερμοκρασία και το πορώδες.
Ο πάγος είναι ένας ελαστικός, παχύρρευστος, πλαστικός σχηματισμός, αλλά υπάρχουν συνθήκες κάτω από τις οποίες γίνεται σκληρός και πολύ εύθραυστος.
Ο πάγος της θάλασσας και το γλυκό νερό διαφέρουν: το πρώτο είναι πολύ πιο πλαστικό και λιγότερο ανθεκτικό.
Όταν περνούν τα πλοία, πρέπει να λαμβάνονται υπόψη οι μηχανικές ιδιότητες του πάγου. Είναι επίσης σημαντικό όταν χρησιμοποιείτε δρόμους πάγου, διαβάσεις και άλλα.
Νερό, χιόνι και πάγος έχουνπαρόμοιες ιδιότητες που καθορίζουν τα χαρακτηριστικά μιας ουσίας. Αλλά ταυτόχρονα, πολλοί άλλοι παράγοντες επηρεάζουν αυτές τις μετρήσεις: θερμοκρασία περιβάλλοντος, ακαθαρσίες στο στερεό, καθώς και η αρχική σύνθεση του υγρού. Ο πάγος είναι μια από τις πιο ενδιαφέρουσες ουσίες στη Γη.
