Большая Советская Энциклопедия (ЛЕ) - Большая Советская Энциклопедия "БСЭ" - Страница 37

37

  Л. II, III и V длительное время сохраняются при атмосферном давлении, если температура не превышает —170°С. При нагревании приблизительно до —150°С они превращаются в кубический Л. (Л. Ic), не показанный на диаграмме, т. к. неизвестно, является ли он стабильной фазой. Др. способ получения Л. Ic — конденсация водяных паров на охлажденную до —120°С подложку. При конденсации паров на более холодной подложке образуется аморфный Л. Обе эти формы Л. могут самопроизвольно переходить в гексагональный Л. I, причём тем скорее, чем выше температура.

  Л. IV является метастабильной фазой в зоне устойчивости Л. V. Л. IV легче образуется, а возможно и стабилен, если давлению подвергается тяжёлая вода. Кривая плавления льда VII исследована до давления 20 Гн/м2 (200 тыс. кгс/см2). При этом давлении Л. VII плавится при температуре 400°С. Л. VIII является низкотемпературной упорядоченной формой Л. VII. Л. IX — метастабильная фаза, возникающая при переохлаждении Л. III и по существу представляющая собой низкотемпературную его форму. Вообще явления переохлаждения и метастабильные равновесия очень характерны для фаз, образуемых водой. Некоторые из линий метастабильных равновесий обозначены на диаграмме пунктиром.

  Полиморфизм Л. был обнаружен Г. Тамманом (1900) и подробно изучен П. Бриджменом (начиная с 1912). С 60-х гг. фазовая диаграмма воды, полученная Бриджменом, несколько раз дополнялась и уточнялась. В табл. 3 и 4 приведены некоторые данные о структурах модификаций Л. и некоторые их свойства.

  Кристаллы всех модификаций Л. построены из молекул воды H2O, соединённых водородными связями в трёхмерный каркас (рис. 2). Каждая молекула участвует в 4 таких связях, направленных к вершинам тетраэдра. В структурах Л. I, Ic, VII и VIII этот тетраэдр правильный, т. е. угол между связями составляет 109°28'. Большая плотность Л. VII и VIII объясняется тем, что их структуры содержат по 2 трёхмерные сетки водородных связей (каждая из которых идентична структуре Л. Ic), вставленные одна в другую. В структурах Л. II, III, V и VI тетраэдры заметно искажены. В структурах Л. VI, VII и VIII можно выделить 2 взаимоперекрещивающиеся системы водородных связей. Данные о положениях протонов в структурах Л. менее определенны, чем атомов кислорода. Можно утверждать, что конфигурация молекулы воды, характерная для пара, сохраняется и в твёрдом состоянии (по-видимому, несколько удлиняются расстояния О — Н вследствие образования водородных связей), а протоны тяготеют к линиям, соединяющим центры атомов кислорода. Т. о. возможны 6 более или менее эквивалентных ориентаций молекул воды относительно их соседей. Часть из них исключается, поскольку нахождение одновременно 2 протонов на одной водородной связи маловероятно, но остаётся достаточная неопределённость в ориентации молекул воды. Она осуществляется в большинстве модификаций Л. — I, III, V, VI и VII (и по-видимому в Ic), так что, по выражению Дж. Бернала, Л. кристалличен в отношении атомов кислорода и стеклообразен в отношении атомов водорода. Во Л. II, VIII и IX молекулы воды ориентационно упорядочены.

Табл. 3. — Некоторые данные о структурах модификаций льда

Модифи кация Сингония Фёдоровская группа Длины водородных связей, Углы О—О—О в тетраэдрах I Ic II III V VI VII VIII IX Гексагональная Кубическая Тригональная Тетрагональная Моноклинная Тетрагональная Кубическая Кубическая Тетрагональная P63/mmc F43m R3 P41212 A2/a P42/nmc Im3m Im3m P41212 2,76 2,76 2,75—2,84 2,76—2,8 2,76—2,87 2,79—2,82 2,86 2,86 2,76—2,8 109,5 109,5 80—128 87—141 84—135 76—128 109,5 109,5 87—141

  Примечание. 1 A=10-10 м.

  Табл. 4. — Плотность и статическая диэлектрическая проницаемость различных льдов

Модификация Темп-ра, °С Давление, Мн/м2 Плотность, г/см2 Диэлектрическая проницаемость I Ic II III V VI VII VIII IX 0 —130 —35 —22 —5 15 25 —50 —110 0,1 0,1 210 200 530 800 2500 2500 230 0,92 0,93 1,18 1,15 1,26 1,34 1,65 1,66 1,16 94 — 3,7 117 144 193 ~150 ~3 ~4

  Л. в атмосфере, в воде, на земной и водной поверхности и в земной коре оказывает большое влияние на условия обитания и жизнедеятельности растений и животных, на разные виды хозяйственной деятельности человека. Он может вызывать ряд стихийных явлений с вредными и разрушительными последствиями (обледенение летательных аппаратов, судов, сооружений, дорожного полотна и почвы, градобития, метели и снежные заносы, речные заторы и зажоры с наводнениями, ледяные обвалы, разрыв корней растений при образовании слоев Л. в почве и др.). Прогнозирование, обнаружение, предотвращение вредных явлений, борьба с ними и использование Л. в различных целях (снегозадержание, устройство ледяных переправ, изотермических складов, облицовка хранилищ, льдозакладка шахт и т.п.) представляют предмет ряда разделов гидрометеорологических и инженерно-технических знаний (ледотехника, снеготехника, инженерное мерзлотоведение и др.), деятельности специальных служб (ледовая разведка, ледокольный транспорт, снегоуборочная техника, искусственное сбрасывание лавин и т.д.). Для некоторых видов спорта используются катки с искусственным охлаждением, позволяющие проводить соревнования на Л. в тёплое время года и в закрытом помещении. Природный Л. используется для хранения и охлаждения пищевых продуктов, биологических и медицинских препаратов, для чего он специально производится и заготавливается (см. Ледник, Льдопроизводство).

  Лит.: Шумский П. А., Основы структурного ледоведения, М., 1955; Паундер Э. Р., Физика льда, пер. с англ., М., 1967; Eisenberg D., Kauzmann W., The structure and properties of water, Oxf., 1969; Fletcher N. H., The chemical physics of ice, Camb., 1970.

  Г. Г. Маленков.

Рис. 1. Фазовая диаграмма воды.

Рис. 2. Схема структуры льда I (показаны атомы кислорода и направления водородных связей) в двух проекциях.

Лёд ископаемый

Лёд ископа'емый, реликтовый подземный лёд, сохранившийся от прошлой эпохи. В начале 19 в. залежи Л. и. считали погребёнными остатками плейстоценовых ледников и снежников. Основанием для этого были находки среди Л. и. в Сибири и на Аляске трупов мамонтов и др. вымерших животных. В 50-х гг. 20 в. было установлено, что Л. и. может представлять собой аналог любого из современных генетических типов подземного льда; большая часть Л. и. образовалась путём замерзания воды в ежегодно возникавших морозобойных трещинах, пронизывавших аллювиальные суглинки, в процессе накопления и промерзания последних (т. н. повторножильный лёд).

  Лит.: Шумский П. А., Очерк истории исследования подземных льдов. Якутск. 1959.

Лёд подземный

Лёд подзе'мный, лёд в земной коре любого происхождения и формы залегания. По времени образования различают современный и лёд ископаемый, по происхождению — первичный (сингенетический), вторичный (эпигенетический) и погребённый.

  Первичный Л. п. образуется в процессе промерзания накапливающихся рыхлых до промерзания отложений. Он составляет преобладающую часть Л. п., встречаясь преимущественно в виде контактного, порового, плёночного базального льда-цемента, реже в форме крупных линз и пластов, т. н. сегрегационного и инъекционного льда. Формирование двух последних типов Л. п. вызывает на поверхности Земли морозное пучение.