лёд

Твёрдая фаза воды, мономинеральная горная порода. В нач. 20 в. было открыто явление полиморфизма льда (способность льда к разному кристаллическому строению, что влечёт за собой существенное изменение всех его физических свойств ). В природе возможны 10 кристаллических модификаций льда и одна аморфная форма, а то, с чем мы сталкиваемся на поверхности Земли, лишь одна из разновидностей льда, названная лёд-I. Этот лёд имеет шестиугольную пространственную решётку, в узлах которой расположены атомы кислорода. В образовании связей участвуют атомы водорода, но их положение не фиксировано, прочная водородная связь между молекулами устанавливается только при очень низкой тем-ре.

Другие модификации льда могут существовать в огромном диапазоне тем-р и давлений, не встречающихся на поверхности Земли. Устойчивое их существование возможно лишь при определённых сочетаниях давления, удельного объёма и тем-ры. Модификации льда-II, – III и – V могут долго сохраняться при атм. давлении, если тем-ра не поднимается выше –170 °C. При конденсации водяных паров на поверхности, охлаждённой до –160 °C и ниже, образуется аморфный лёд, который переходит в обычный при повышении тем-ры до –129 °C, при этом выделяется тепло.

Лёд-IV представляет собой нестабильную фазу в тех же условиях, где устойчиво существует лёд-V. Несколько легче получить лёд-VI, который оказывается стабильным, если замораживанию под давлением подвергается тяжёлая вода. Лёд-VII при огромном давлении 20 гПа плавится при тем-ре 200 °C. Лёд-VIII – это упорядоченная форма льда-VII, возникающая при низкой тем-ре. Наконец, лёд-IX представляет собой нестабильную фазу, которая возникает при переохлаждении льда-III.

Природный лёд (лёд-I ) обычно значительно чище воды, т. к. растворимость веществ во льду очень плохая. Лёд может содержать механические примеси – твёрдые частицы, капельки концентрированных растворов, пузырьки газа. При длительных статических нагрузках и под действием собственной массы обладает текучестью. Скорость течения льда обратно пропорциональна абс. тем-ре, так что с понижением тем-ры лёд приближается к абсолютно твёрдому телу. В ср. при близкой к таянию тем-ре текучесть льда в 106 раз выше, чем у горных пород, и с этим связан ряд природных явлений (движение ледников и др. ).

Под влиянием поверхностной энергии кристаллов и энергии упругонапряжённых связей кристаллической решётки, возникающей при деформировании, лёд подвергается перекристаллизации в твёрдой фазе (рекристаллизация ) и временами переходит в жидкую (режеляция ) или парообразную (сублимация ) фазы.

В последние годы во льду открыты газоледяные соединения, называемые кристаллогидратами. Это вещества, в которых кристаллическая решётка воды содержит пустоты, способные принять инородные молекулы. Если молекул воды достаточно много, то весь газ может перейти в форму гидрата, и тогда между молекулами воды оказываются молекулы метана, пропана и других углеводородов. Химической связи между водой и газами нет, и при нормальных условиях они способны гореть. Залежи кристаллогидратов выявлены на тер. Сибири, занятой многолетнемёрзлыми породами. Такой лёд, залегающий совсем неглубоко, – в перспективе многообещающее топливо. В нём на 1 м³ воды приходится до 200 м³ природного газа.

Лёд – самая распространённая горная порода во Вселенной. Марс, Юпитер, Сатурн, Уран содержат огромные массы льда, а некоторые спутники планет сложены им почти полностью. Не исключение и наша Земля: более одной десятой земной суши занято вечными льдами, а пятая часть всей поверхности планеты ежегодно находится под снегом. См. также морские льды, речные льды.