ики льоду, що утворюються в переохолодженій воді в результаті її турбулентного поступального руху, частинки інших речовин, присутніх у водній товщі.
В
рис.5.3 Фазова діаграма води. p> Ih, II - IX - форми льоду, 1 - 8 - потрійні точки. br/>
Переохолодження води - термодинамічний стан, при якому температура води виявляється нижче температури її кристалізації. Виникає цей стан в результаті пониження температури води або ж підвищення температури її кристалізації. Температура води може бути знижена відведенням тепла, що найбільш часто зустрічається в природі, або змішанням її з солоною, наприклад морської, водою. Температура кристалізації може бути підвищена шляхом пониження тиску. p> Таким чином, діаграму агрегатних станів води - суцільна лінія AD на рис.5.3-слід розглядати як і ставиться до дуже малим тепловим навантаженням, коли вплив часу на перетворення фази мало. При великих теплових навантаженнях процес фазових перетворень відбуватиметься згідно штриховий кривої AF.
Температура плавлення льоду (крива AC) дуже слабо залежить від тиску. Практично крива AC паралельна горизонтальній осі: при зміні тиску від 610,6 до 1,013 В· 10 5 Па температура плавлення зменшується всього лише від 0,01 до 0 В° С. Однак ця температура знижується зі збільшенням тиску тільки до певного значення, потім вона підвищується і при дуже високому тиску досягає значення близько 450 В° С (Рис.5.3) Як випливає з рис., При високому тиску лід може знаходитися і при позитивній температурі. Налічують до десяти різних форм льоду. Форма льоду Ih, для якої характерно зниження температури плавлення з збільшенням тиску, відповідає звичайному льоду, образующемуся внаслідок замерзання води при нормальних умовах. Структура і фізичні властивості всіх форм льоду істотно відрізняються від льоду Ih.
Тверде тіло (лід), як і рідина, випаровується в широкому діапазоні значень температури і безпосередньо переходить в газоподібний стан (сублімація), минаючи рідку фазу, - крива AD. Зворотний процес, тобто перехід газоподібної форми безпосередньо в тверду (сублімація), здійснюється, також минаючи рідку фазу. Сублімація і сублімація льоду і снігу відіграють велику роль у природі. p> Сучасна модель води
Особливості фізичних властивостей води і численні короткоживучі водневі зв'язки між сусідніми атомами водню і кисню в молекулі води створюють сприятливі можливості для утворення особливих структур-асоціатів (кластерів), сприймають, зберігають і передають саму різну інформацію.
Одна з перших моделей води - модель Фрека і Уен [Frank & Wen, 1957]. У Відповідно до неї водневі зв'язки в рідкій воді безперервно утворюються і рвуться, причому ці процеси протікають кооперативно в межах короткоживучих груп молекул води, названих "мерехтливими кластерами". Їх час життя оцінюють в діапазоні від 10 -10 до 10 -11 с. Таке уявлення правдоподібно пояснює високу ступінь рухливості рідкої води і його низьку в'язкість. Вважається, що завдяки таким властивостям вода служить одним з найбільш універсальних розчинників.
Однак модель "мерехтливих кластерів" не може пояснити безліч вже давно відомих фактів, і тих, що стали стрімко наростати останнім часом.
Але у другій половині XX століття виникли дві групи "змішаних" моделей: кластерні і клатратного. У першій групі вода поставала у вигляді кластерів з молекул, пов'язаних водневими зв'язками, які плавали в морі молекул, в таких зв'язках не беруть участь. Моделі другої групи розглядали воду як безперервну сітку (звичайно в цьому контексті звану каркасом) водневих зв'язків, яка містить порожнечі; в них розміщуються молекули, не утворюють зв'язків з молекулами каркаса. Неважко було підібрати такі властивості і концентрації двох мікрофази кластерних моделей або властивості каркаса і ступінь заповнення його порожнеч клатратних моделей, щоб про 'ясніть всі властивості води, в тому числі і знамениті аномалії.
Серед кластерних моделей найбільш яскравій виявилася модель Г. Немет і Х. Шерагі: запропоновані ними картинки, що зображують кластери пов'язаних молекул, які плавають в морі незв'язаних молекул, увійшли в безліч монографій.
Модель клатратного типу запропонував О.Я. Самойлов в 1946 році: у воді зберігається подібна гексагональних льоду сітка водневих зв'язків, порожнини якої частково заповнені мономірні молекулами. Л. Полінг в 1959 році створив інший варіант, припустивши, що основою структури може служити сітка зв'язків, притаманна деяким Кристалогідрат.
У Протягом другої половини 60-х років і початку 70-х спостерігається зближення всіх цих поглядів. З'являлися варіанти кластерних моделей, в яких в обох мікрофази молекули з'єднані водневими зв'язками. Прихильники клатратних моделей стали допускати утворення водневих зв'язків між пустотними і каркасними молекулами.
У 1990 чл.-кор. АН СРСР Г.А. Домрачев (Ін-т м...
