Ledus ir cieta viela, kas atrodas agregācijas stāvoklī un kam istabas temperatūrā ir tendence būt gāzveida vai šķidrā formā. Ledus īpašības sāka pētīt pirms simtiem gadu. Pirms aptuveni divsimt gadiem zinātnieki atklāja, ka ūdens nav vienkāršs savienojums, bet gan sarežģīts ķīmiskais elements, kas sastāv no skābekļa un ūdeņraža. Pēc atklāšanas ūdens formula sāka izskatīties šādi: H2O.
Ledus struktūra
H2O sastāv no diviem ūdeņraža atomiem un viena skābekļa atoma. Miera stāvoklī ūdeņradis atrodas skābekļa atoma virsotnēs. Skābekļa un ūdeņraža joniem vajadzētu aizņemt vienādsānu trīsstūra virsotnes: skābeklis atrodas taisnā leņķa augšpusē. Šo ūdens struktūru sauc par dipolu.
Ledus 11,2% veido ūdeņradis, bet pārējais ir skābeklis. Ledus īpašības ir atkarīgas no tā ķīmiskās struktūras. Dažreiz tas satur gāzveida vai mehāniskus veidojumus -piemaisījumi.
Ledus dabā sastopams dažu kristālisku sugu veidā, kas stabili saglabā savu struktūru temperatūrā no nulles un zemāk, bet pie nulles un augstāk tas sāk kust.
Kristāla struktūra
Ledus, sniega un tvaika īpašības ir pilnīgi atšķirīgas un atkarīgas no kristālu struktūras. Cietā stāvoklī H2O ieskauj četras molekulas, kas atrodas tetraedra stūros. Tā kā koordinācijas skaitlis ir mazs, ledus var būt ar ažūru. Tas atspoguļojas ledus īpašībās un tā blīvumā.
Ledus formas
Ledus ir viena no visbiežāk sastopamajām vielām dabā. Uz Zemes ir šādas tās šķirnes:
- upe;
- ezers;
- jūrniecība;
- firny;
- ledus melns;
- zeme.
Ir ledus, kas veidojas tieši sublimācijas ceļā, t.i. no tvaika stāvokļa. Šis skats iegūst skeleta formu (mēs tās saucam par sniegpārslām) un dendrītu un skeleta veidojumu kopumu (sarma, sarma).
Viena no izplatītākajām formām ir stalaktīti, t.i., lāstekas. Tie aug visā pasaulē: uz Zemes virsmas, alās. Šāda veida ledus veidojas ūdens pilienu plūsmai pie temperatūras starpības aptuveni nulle grādiem rudens-pavasara periodā.
Izveidojumus ledus joslu veidā, kas veidojas gar ūdenskrātuvju malām, pie ūdens un gaisa robežas, kā arī gar peļķu malām, sauc par ledus bankām.
Ledus porainās augsnēs var veidoties šķiedraina veidāvēnas.
Ledus īpašības
Viela var būt dažādos stāvokļos. Pamatojoties uz to, rodas jautājums: kāda ledus īpašība izpaužas konkrētā stāvoklī?
Zinātnieki nosaka fizikālās un mehāniskās īpašības. Katram no tiem ir savas īpašības.
Fizikālās īpašības
Ledus fizikālās īpašības ietver:
-
Blīvums. Fizikā nehomogēnu barotni attēlo pašas vides vielas masas attiecības pret tilpumu, kurā tā ir ievietota. Ūdens blīvums, tāpat kā citas vielas, ir temperatūras un spiediena funkcija. Parasti aprēķinos tiek izmantots nemainīgs ūdens blīvums, kas vienāds ar 1000 kg/m3. Precīzāks blīvuma rādītājs tiek ņemts vērā tikai tad, kad nepieciešams ļoti precīzi veikt aprēķinus blīvuma starpības rezultāta nozīmīguma dēļ.
Aprēķinot ledus blīvumu, tiek ņemts vērā, kurš ūdens kļuva par ledu: kā jūs zināt, sālsūdens blīvums ir lielāks nekā destilēta ūdens blīvums.
-
Ūdens temperatūra. Parasti ūdens kristalizācija notiek nulles grādu temperatūrā. Sasalšanas procesi notiek lēcienos ar siltuma izdalīšanos. Reversais process (kušana) notiek, kad tiek uzņemts tāds pats siltuma daudzums, kas tika izlaists, bet bez lēcieniem, bet pakāpeniski.
Dabā ir apstākļi, kādos ūdens tiek pārdzesēts, bet tas nesasalst. Dažas upes saglabājas šķidras pat pie -2 grādiem.
- Siltuma jauda. Tas ir siltuma daudzums, kas tiek absorbēts, kad ķermenis tiek uzkarsēts katramgrāds. Pastāv īpatnējā siltumietilpība, ko raksturo siltuma daudzums, kas nepieciešams kilograma destilēta ūdens uzsildīšanai par vienu grādu.
- Saspiežamība. Vēl viena sniega un ledus fiziskā īpašība ir saspiežamība, kas ietekmē tilpuma samazināšanos paaugstināta ārējā spiediena ietekmē. Apgriezto vērtību sauc par elastību.
- Ledus stiprums.
- Ledus krāsa. Šī īpašība ir atkarīga no gaismas absorbcijas un staru izkliedes, kā arī no piemaisījumu daudzuma sasalušajā ūdenī. Upju un ezeru ledus bez svešiem piemaisījumiem ir redzams gaiši zilā gaismā. Jūras ledus var būt pilnīgi atšķirīgs: zils, zaļš, zils, b alts, brūns, ar tērauda nokrāsu. Dažreiz jūs varat redzēt melno ledu. Šo krāsu tas iegūst, pateicoties lielajam minerālvielu un dažādu organisko piemaisījumu daudzumam.
Ledus mehāniskās īpašības
Ledus un ūdens mehāniskās īpašības nosaka noturība pret ārējo vidi attiecībā pret laukuma vienību. Mehāniskās īpašības ir atkarīgas no struktūras, sāļuma, temperatūras un porainības.
Ledus ir elastīgs, viskozs, plastisks veidojums, taču ir apstākļi, kādos tas kļūst ciets un ļoti trausls.
Jūras ledus un saldūdens atšķiras: pirmais ir daudz plastmasas un mazāk izturīgs.
Kad kuģi brauc garām, jāņem vērā ledus mehāniskās īpašības. Tas ir svarīgi arī, izmantojot ledus ceļus, krustojumus un citur.
Ir ūdens, sniegs un leduslīdzīgas īpašības, kas nosaka vielas īpašības. Bet tajā pašā laikā šos rādījumus ietekmē daudzi citi faktori: apkārtējā temperatūra, piemaisījumi cietā vielā, kā arī šķidruma sākotnējais sastāvs. Ledus ir viena no interesantākajām vielām uz Zemes.
