Led III

Ice III  je tetragonální krystalická odrůda vodního ledu . Lze jej získat ochlazením vody na -23 °C (250 K ) a tlaku 300 MPa . Jeho hustota je větší než hustota vody, ale je nejméně hustá ze všech typů ledu ve vysokotlaké zóně (1,16 g / cm³ při tlaku 350 MPa ). Hustota kapalné fáze při stejném tlaku je asi 1,12 g/cm³.

Při tlaku 350 MPa je hustota ledu III 1,16 g/cm³. Statická permitivita je 117.

Podle Bridgmanovy nomenklatury se obyčejný vodní led vztahuje k ledu I h . V laboratorních podmínkách (při různých teplotách a tlacích) vznikaly různé modifikace ledu : od ledu II po led XIX.

Historie objevů

Modifikace vysokotlakého ledu poprvé objevil Bridgman , který v roce 1912 sestrojil fázový diagram vody. Při zkoumání vody při různých teplotách a tlacích kromě obyčejného ledu odhalil ještě 6 jejích strukturálních modifikací, které označil jako led II - led VII [1] .

Až do 60. let 20. století nebyla krystalová struktura modifikací ledu jasná. V roce 1960 B. Camb (Barclay Camb) a Datta (Datta) pomocí rentgenové difrakční analýzy odhalili tetragonální symetrii v ledu III, podobnou oxidu křemíku Si02 .

Získání

Led III je nejsnáze dostupný a dostupný pro výzkum vysokotlakého ledu. Nejprve byl získán z obyčejného ledu o teplotě −22 °C (trojbodová teplota ledu Ih - led III - voda) zvýšením tlaku na 210 MPa [1] .

Led III je možné získat z vody o tlaku 210–350 MPa jejím pomalým (asi 0,5 °C/min) ochlazováním na teplotu pod trojný bod (−22 °C).

Pro výzkum se led III po půlhodinovém udržování na −40 °C rychle ochladí kapalným dusíkem na teplotu pod −175 °C. Při této teplotě je led III metastabilní, při poklesu tlaku na atmosférický si zachovává svou strukturu, i když tyto tlaky a teploty odpovídají ve fázovém diagramu ledu II (nad 200 MPa) a obyčejnému ledu (pod 200 MPa).

Led III je nestabilní vůči rentgenovému záření a rychle se rozkládá při vysoké intenzitě ozáření, což vytváří potíže pro rentgenovou difrakční analýzu.

Fyzikální vlastnosti

Krystalová struktura

Led III má tetragonální krystalovou mřížku (P4 1 2 1 2). Při atmosférickém tlaku a teplotě −175 °C jsou parametry mřížky a = 6,73 ± 0,01 Å a c = 6,83 ± 0,01 Å, průměrná délka vodíkových vazeb je 2,775 Å [1] .

Na rozdíl od pravidelné tetragonální mřížky má led III narušenou krystalickou strukturu. V průměru má každá molekula 3,2 sousedů s vodíkovou vazbou místo 4, ale stále existují 2-3 sousední molekuly bez vodíkové vazby ve vzdálenosti asi 3,6 Á.

Trojité body fázového diagramu

Tabulka ukazuje hodnoty tlaku a teploty ve třech bodech pro obyčejnou a těžkou vodu [2] .

Bod tání

V [3] jsou uvedeny matematické modely závislosti teploty tání různých modifikací ledu na tlaku. Led III taje v rozmezí teplot 251,165 K (−21,985 °C) - 256,164 K (-16,986 °C), přičemž naměřené hodnoty tlaku se pohybují od 209,9 do 350,1 MPa s chybou ±3 %. Pro harmonizaci modelů tání ledu Ih a ledu III byl pro trojný bod III—Ih—Kapalina předpokládaný tlak 258,566 MPa (odchylka od experimentální hodnoty 0,64 %). Za tohoto předpokladu je závislost tlaku na teplotě na čáře tavení vyjádřena následujícím vzorcem:

V původním článku je vzorec uveden jako

kde

Pro experimentální hodnotu v trojném bodě (P = 209,9 MPa) se stává vzorec

Z posledního vzorce získáme následující závislost teploty tání na tlaku:

kde 209,9 < P < 350,1 MPa.

Ve všech vzorcích se teplota měří v K, tlak - v MPa.

Poznámky

1. ↑ 1 2 3 Kamb, B. a Prakash, A. Struktura ledu III  // Acta Crystallographica Section B. - 1968. - Sv. 24, č. 10 . - S. 1317-1327.
2. ↑ Chaplin, Martin. Diagram vodní fáze . Vodní struktura a věda (11. srpna 2009). Datum přístupu: 27. ledna 2010. Archivováno z originálu 27. března 2012. (neurčitý)
3. ↑ IAPWS, Uvolnění na tlaku podél křivek tání a sublimace obyčejné vodní substance Archivováno 6. října 2008 ve Wayback Machine , (1993); PW Bridgman, Voda, v kapalné a pěti pevných formách, pod tlakem, Proc. Dopoledne. Akad. Arts Sci. 47 (1912) 439-558.

Odkazy

• Chaplin, Martin. Ledová trojka (Ice III) . Vodní struktura a věda (23. června 2008). Získáno 27. února 2009. Archivováno z originálu 27. března 2012. (neurčitý)