Led je trdna snov, ki je v agregacijskem stanju, ki ima pri sobni temperaturi navadno plinasto ali tekočo obliko. Lastnosti ledu so začeli preučevati pred več sto leti. Pred približno dvesto leti so znanstveniki odkrili, da voda ni preprosta spojina, ampak zapleten kemični element, sestavljen iz kisika in vodika. Po odkritju je vodna formula začela izgledati kot H2O.
Struktura ledu
H2O je sestavljen iz dveh atomov vodika in enega atoma kisika. V mirovanju se vodik nahaja na vrhovih atoma kisika. Ioni kisika in vodika naj zasedajo oglišča enakokrakega trikotnika: kisik se nahaja na vrhu pravega kota. Ta struktura vode se imenuje dipol.
Led je 11,2 % vodika, ostalo pa kisik. Lastnosti ledu so odvisne od njegove kemične strukture. Včasih vsebuje plinaste ali mehanske tvorbe -nečistoče.
Led najdemo v naravi v obliki nekaj kristalnih vrst, ki stabilno ohranjajo svojo strukturo pri temperaturah od nič in nižje, vendar se pri nič in več začne topiti.
Kristalna struktura
Lastnosti ledu, snega in pare so popolnoma različne in odvisne od strukture kristalov. V trdnem stanju je H2O obdan s štirimi molekulami, ki se nahajajo na vogalih tetraedra. Ker je koordinacijska številka nizka, ima led lahko odprto strukturo. To se odraža v lastnostih ledu in njegovi gostoti.
Ledene oblike
Led je ena najpogostejših snovi v naravi. Na Zemlji obstajajo naslednje sorte:
- reka;
- jezero;
- pomorski;
- firny;
- ledeniška črna;
- tla.
Obstaja led, ki nastane neposredno s sublimacijo, tj. iz parnega stanja. Ta pogled dobi skeletno obliko (ime jim pravimo snežinke) in agregate dendritične in skeletne rasti (inje, zmrzal).
Ena najpogostejših oblik so kapniki, torej ledenice. Rastejo po vsem svetu: na površini Zemlje, v jamah. Ta vrsta ledu nastane s pretokom vodnih kapljic pri temperaturni razliki približno nič stopinj v jesensko-pomladnem obdobju.
Formacije v obliki ledenih trakov, ki se pojavljajo ob robovih rezervoarjev, na meji vode in zraka, pa tudi ob robu luž, se imenujejo ledene banke.
Led se lahko tvori v poroznih tleh v obliki vlakenvena.
Lastnosti ledu
Snov je lahko v različnih stanjih. Na podlagi tega se postavlja vprašanje: kakšna lastnost ledu se kaže v določenem stanju?
Znanstveniki identificirajo fizikalne in mehanske lastnosti. Vsak od njih ima svoje značilnosti.
Fizične lastnosti
Fizične lastnosti ledu vključujejo:
-
Gostota. V fiziki je nehomogen medij predstavljen z mejo razmerja med maso snovi samega medija in prostornino, v kateri je zaprt. Gostota vode je, tako kot druge snovi, funkcija temperature in tlaka. Običajno se pri izračunih uporablja konstantna gostota vode, enaka 1000 kg/m3. Natančnejši kazalnik gostote se upošteva le takrat, ko je treba zaradi pomembnosti rezultata razlike v gostoti narediti izračune zelo natančno.
Pri izračunu gostote ledu se upošteva, katera voda postal led: kot veste, je gostota slane vode večja od destilirane vode.
-
Temperatura vode. Običajno pride do kristalizacije vode pri temperaturi nič stopinj. Procesi zamrzovanja se pojavljajo v skokih s sproščanjem toplote. Obratni proces (taljenje) nastane, ko se absorbira enaka količina toplote, ki se je sprostila, vendar brez skokov, vendar postopoma.
V naravi obstajajo pogoji, v katerih se voda prehladi, vendar ne zmrzne. Nekatere reke ostanejo tekoče tudi pri -2 stopinji.
- Toplotna zmogljivost. To je količina toplote, ki se absorbira pri segrevanju telesa za vsakostopnje. Obstaja specifična toplotna zmogljivost, za katero je značilna količina toplote, potrebna za segrevanje kilograma destilirane vode za eno stopinjo.
- stisljivost. Druga fizikalna lastnost snega in ledu je stisljivost, ki vpliva na zmanjšanje prostornine pod vplivom povečanega zunanjega tlaka. Vzajemna vrednost se imenuje elastičnost.
- Moč ledu.
- Barva ledu. Ta lastnost je odvisna od absorpcije svetlobe in sipanja žarkov ter od količine nečistoč v zamrznjeni vodi. Rečni in jezerski led brez tujih nečistoč je viden v bledo modri svetlobi. Morski led je lahko popolnoma drugačen: modra, zelena, modra, bela, rjava, ima jeklen odtenek. Včasih lahko vidite črn led. To barvo pridobi zaradi velike količine mineralov in različnih organskih nečistoč.
Mehanske lastnosti ledu
Mehanske lastnosti ledu in vode so določene z odpornostjo na zunanje okolje glede na enoto površine. Mehanske lastnosti so odvisne od strukture, slanosti, temperature in poroznosti.
Led je elastična, viskozna, plastična tvorba, vendar obstajajo pogoji, pod katerimi postane trd in zelo krhek.
Morski led in sladka voda sta različni: prva je veliko bolj plastična in manj trpežna.
Pri prehodu ladij je treba upoštevati mehanske lastnosti ledu. Pomembno je tudi pri uporabi ledenih cest, križišč in drugega.
Voda, sneg in led imajopodobne lastnosti, ki opredeljujejo značilnosti snovi. Toda hkrati na te odčitke vplivajo številni drugi dejavniki: temperatura okolja, nečistoče v trdni snovi, pa tudi začetna sestava tekočine. Led je ena najbolj zanimivih snovi na Zemlji.
