冰[水的固態形式]

冰[水的固態形式]

自然界中的水,具有氣態、固態和液態三種狀態。常溫常壓的液態的我們稱之為水,氣態的水叫水汽,固態的水稱為冰Ⅰ-h。h代表六角形,標準大氣壓下,凍的熔點是0℃,其熔化熱是3.35×10^5J/kg。在每平方米146噸的重壓下,冰Ⅰ-h轉換為冰Ⅱ,3400噸轉換為冰Ⅶ,壓力的原因,溫度高達150~200℃,溫度達到-165℃時,就形成了冰Ⅺ。凍的熔點與壓強存在著一種奇妙的關係,氣壓不同,熔點不同。 人類已經能夠在實驗室里製造出八種凍的晶體。但只有天然冰能在自然條件下存在,其它都是高壓冰,在自然界不能穩定存在。天然冰中水分子的締合是按六方晶系的規則排列起來的。一般被稱為乾冰的物質實際是二氧化碳的固體狀態,與水和冰沒有關係。

基本信息

簡介

晶體結構

冰

冰冰是無色透明的固體,分子之間主要靠氫鍵作用,晶格結構一般為六方體,但因應不同壓力可以有其他晶格結構。密度比水小。

熔點

在常壓環境下,凍的熔點為0℃。0℃水凍結成冰時,體積會增大約1/9(水體積最小時為4℃)。據觀測,封閉條件下水凍結時,體積增加所產生的壓強可達2500大氣壓

凍的熔點與壓強存在著一種奇妙的關係:在2200大氣壓以下,凍的熔點隨壓力的增大而降低,大約每升高130個大氣

壓降低1攝氏度;超過2200大氣壓後,凍的熔點隨壓力增加而升高:3530大氣壓下凍的熔點為-17℃,6380大氣壓下為

0℃,16500大氣壓下為60℃,而20670大氣壓下冰在76℃時才熔化,稱為名副其實的“熱冰”。冰在0℃下密度為0.917

g/cm&sup3,而水的密度正常為1.00g/cm&sup3,所以冰會浮於水上。

特性

潑水成冰潑水成冰

水的熱漲冷縮是反常的,水在低於4度是是熱縮冷漲,導致密度下降,而大於4度時,則恢復熱漲冷縮。這水是最重要也是最奇特的特性之一。

這是保障生物存在的很重要的一點,當水結凍的時候,凍的密度小,浮在水面,可以保障水下生物的生存。當天暖的時候,冰在上面,也是最先解凍。但如果凍的密度比水大,冰會不斷沉到水下,天暖的時候也不會解凍,來年上面的水繼續冰凍,直到所有的水都成了冰,那所有的水生生物都不會存在了。

功效

冰(《本草拾遺》)

【異名】凌(《綱目》)。

【來源】為水凝成的無色透明的固體。

【性味】《本草拾遺》:味甘,大寒,無毒。

【功用主治-凍的功效】退熱消暑,解渴除煩。

治傷寒陽毒,熱甚昏迷,中暑煩渴。

①《本草拾遺》:主去熱煩。

②《日用本草》:解煩渴,消暑毒。

③《綱目》:傷寒陽毒、熱甚昏迷者,以冰一塊置於膻中,良。

亦解燒酒毒。

【用法與用量】內服:含化.外用:罨敷。

相關知識

特殊的冰

熱冰

冰

除了前面提到高壓下形成的熱冰之外,重水(D2O)在3.8℃時結冰,成為另一種形式的“熱冰”。

水是一種特殊的液體。它在4℃時密度最大。溫度在4℃以上,液態水遵守一般熱脹冷縮規律。4℃以下,原來水中呈線形分布的縮合分子中,出現一種像冰晶結構一樣的似冰締合分子,叫做"假冰晶體"。因為凍的密度比水小,“假冰晶體”的存在,降低了水的密度,這就是為什麼水在4℃時密度最大,低於4℃密度又要減小的秘密。

人類已經能夠在實驗室里製造出八種凍的晶體。但只有天然冰能在自然條件下存在,其它都是高壓冰,在自然界不能穩定存在。

天然冰中水分子的締合是按六方晶系的規則排列起來的。所謂結晶格子,最簡單的例子是緊密地堆砌的磚塊,如果在這些磚塊的中心處代之以一個假設的原子,便得到了一個結晶格子。凍的晶格為一個帶頂錐的三稜柱體,六個角上的氧原子分別為相鄰六個晶胞所共有。三個棱上氧原子各為三個相鄰晶胞所共有,二個軸頂氧原子各為二個晶胞所共有,只有中央一個氧原子算是該晶胞所獨有。

註:一般被稱為乾冰的物質實際是二氧化碳的固體狀態,與水和冰沒有關係。

乾冰

是二氧化碳的固體形式。在正常氣壓下,二氧化碳的凝固點是攝氏負78.5度,在保持物體維持冷凍或低溫狀態下非常有用。它無色,無味,不易燃,略帶酸性。乾冰的密度各不相同,但通常約為1.4至1.6g/cm。乾冰能夠急速的冷凍物體和降低溫度並且可以用隔離手套來做配置。到二十一世紀,乾冰已經被廣泛的使用在許多層面了,乾冰在增溫時是由固態直接升華為氣態,直接轉化為氣體而省略轉為液態的程式,因此其相變並不會產生液體,也因此我們稱它做“乾冰”。要將二氧化碳變成液態,就必須加大壓強至5.1大氣壓才會出現液態二氧化碳。

冰與水

凍的分子模型由於水分子間有氫鍵締合這樣的特殊結構所決定的。根據近代X射線的

研究,證明了冰具有四面體的晶體結構。這個四面體是通過氫鍵形成的,是一個敞開式的鬆弛結構,因為五個水分子不能把全部四面體的體積占完,在冰中氫鍵把這

些四面體聯繫起來,成為一個整體。這種通過氫鍵形成的定向有序排列,空間利用率較小,約占34%、因此凍的密度較小,約為攝氏4度是液態水的9/10。

水溶解時拆散了大量的氫鍵,使整體化為四面體集團和零星的較小的“水分子集團”(即由氫鍵締合形成的一些締合分

子),故液態水已經不象冰那樣完全是有序排列了,而是有一定程度的無序排列,即水分子間的距離不象冰中那樣固定,H2O分子可以由一個四面體的微晶進入另

一微晶中去。這樣分子間的空隙減少,密度相對冰就增大了。

溫度升高時,水分子的四面體集團不斷被破壞,分子無序排列增多,使密度增大。但同時,分子間的熱運動也增加了分子間

的距離,使密度又減小。這兩個矛盾的因素在4℃時達到平衡,因此,在4℃時水的密度最大。過了4℃後,分子的熱運動使分子間的距離增大的因素,就占優勢

了,水的密度又開始減小。

河冰

黃河流域是中華民族的搖籃,孕育了華夏五千年的文明。結冰但是黃河帶給我們中華民族的不全是好處,黃河洪水和冰害經常掠去兩岸人民的財產和生命。

遠在公元前四百多年,對於黃河的冰情,已有詳細的記載:“孟冬之月,水始冰,地始凍。仲冬之月,冰益堅,地始坼。季冬之月,凍方盛,水澤腹堅,命取冰,冰以入。孟春之月,東風解凍,蟄蟲始振,魚上冰。”這是世界上最早的有關結冰、封凍和解凍的冰情文字記錄。

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