Estrutura hexagonal do Gelo

 

 

Gelo hexagonal (gelo I h) é a forma de toda a neve natural e gelo na Terra (veja Diagrama de Fase ), como evidenciado na simetria de seis vezes em cristais de gelo cresceu de vapor de água (isto é, flocos de neve ).

 

 

Gelo hexagonal (grupo espacial P 6 3 / mmc , 194 ; simetria D 6h , Laue simetria classe 6/mmm; análoga à β-tridimita sílica ou lonsdaleíta) possui uma estrutura bastante aberta de baixa densidade, onde a eficiência da embalagem é baixa (~ 1 / 3) em comparação com cúbico simples (~ 1 / 2) ou face centrada cúbicos (~ 04/03) estruturasum (e em contraste com a face centrada sulfeto de hidrogênio cúbicos perto embalado sólido).

 

Os cristais podem ser pensados ​​como consistindo de folhas deitado em cima uns dos outros. estrutura básica consiste de uma caixa de hexamérica onde aviões consistem em cadeira de forma hexâmeros (os dois planos horizontais, em frente) ou de barco forma hexâmeros (os três planos verticais opostos). Neste diagrama a ligação de hidrogênio é mostrado ordenou ao passo que na realidade é aleatória,b como prótons podem se mover entre as moléculas (gelo) de água em temperaturas acima de cerca de 130 K [ 1504 ].

 

As moléculas de água têm um arranjo escalonado de ligação de hidrogênio com relação a três dos seus vizinhos, no plano da cadeira hexâmeros forma. O vizinho quarta (mostrado como oposto ligações vertical) tem uma eclipsado arranjo de ligações de hidrogênio.

 

Há um pequeno desvio da simetria hexagonal ideal como a célula unitáriac é 0,3% menor no c-direção (na direção da ligação de hidrogênio eclipsado, mostrados como links verticais nas figuras). Todas as moléculas de experiência idêntica ambientes molecular.

 

Há espaço suficiente no interior de cada caixa para realizar uma molécula de água intersticial . Embora isso geralmente não é pensado para ocorrer, as moléculas de água intersticial foram recentemente encontrados por difração de nêutrons de gelo de forma eficaz, em pó [ 154 ].

 

Gelo hexagonal tem pontos triplos, com água líquida e gasosa (0,01 ° C, 612 Pa), a água líquida e gelo e três (-21,985 ° C, 209,9 MPa) e gelo e dois e gelo e três (-34,7 ° C, 212,9 MPa ). A constante dielétrica de gelo hexagonal é 97,5 [ 94 ].

A curva de derretimento de gelo hexagonal é dada por     = Pressão 6.11657x10 ^ -4-414.5x ((Temperature/273.15) ^ 8,38 -1)    MPa [ 1320]g . IAPWS release sobre a equação de estado de gelo hexagonal está disponível . Algumas equações simples que relaciona a variação das propriedades físicas com a temperatura do gelo hexagonal e suas suspensões aquosas estão disponíveis [ 1665].h

 

 

 

Cristais de gelo hexagonais formam placas hexagonais e colunas onde as faces superior e inferior são planos basais {0 0 0 1}, e as seis faces laterais equivalentes são chamados as faces do prisma {1 0 -1 0}di . Faces de prisma secundário {1 1 -2 0} dii pode ser formado para baixo os aviões formado pelos lados das estruturas cadeira.

 

Gelo hexagonal mostra redução anômala em condutividade térmica com a pressão crescente (como fazer gelo cúbicos e de baixa densidade do gelo amorfo), mas diferente da maioria dos cristais. Isto é devido às mudanças na ligação de hidrogênio diminuindo a velocidade do som transversal [ 617].

 

A ligação de hidrogênio na superfície de gelo hexagonal está previsto para ser mais ordenado do que dentro da estrutura granel [ 1529].


Estruturas interactivas de gelo hexagonal ( Chime , 22 KB) estão disponíveis. [Back to Top ao topo da página ]

Nucleação de gelo e crescimento

Nucleação de gelo ocorre bastante reforçada, por um fator de 10 10 , na superfície ar-água e não dentro de água a granel [914]. Cristais de gelo hexagonais podem formar por (lentamente) crescendo na direção do eixo c ( S ice 1) como dentro de tubos verticais de congelamento ou onde cristais de gelo crescem verticalmente para baixo de plaquetas de cristal nucleadas em água parada com sua c-eixos vertical e onde o crescimento é impedido de lado, mas o crescimento axial permitido. Alternativamente, podem crescer mais rapidamente do rosto de prisma ( S gelo 2), na superfície perturbado aleatoriamente dirigido de lagos rapidamente congelamento ou agitado. Crescimento do {1 1 -2 0} faces é pelo menos tão rápido quanto o das faces do prisma, mas esse crescimento se transforma estes rostos em faces prisma [ 827]. Dados de crescimento de cristais de gelo foi examinado criticamente em outros lugares . As velocidades relativas de este crescimento de cristal, sobre as diferentes faces dependerá da capacidade desses caras para formar extensões de hidratação maior cooperativa. A temperatura da água (supercooled) em torno determina o grau de ramificação no cristal de gelo.Crescimento de cristais é limitada pela taxa de difusão em um baixo grau de super-resfriamento (ou seja, <2 ° C, dando origem a ramificação mais), mas limitado pela cinética de crescimento em graus mais elevados de super-resfriamento (ie> 4 ° C, dando origem a agulha-like growth) [ 883]. A estrutura cristalina hexagonal, as características de crescimento diferentes das faces de cristal e da temperatura da água circundante (supercooled) estão por trás do plano de seis pontas formas de flocos de neve .

 

Solutos não pode ser incorporada no gelo I h estrutura à pressão ambientef mas são expulsos para a superfície ou a camada de gelo amorfo entre os cristais de gelo microcristalina. Isto pode ser feito uso de purificação de água, quando (por exemplo, desgaseificação), utilizando sucessivas ciclos de congelamento e descongelamento. Alguns solutos (por exemplo,íons caotrópicos tais como NH + e Cl - ) são incorporados mais facilmente no gelo congelamento do que outros (por exemplo, íons kosmotropic como o Na + e SO 2 - ), para removê-los da thin restantes filmes de líquido entre os cristais.Isso pode resultar na carga elétrica da superfície devido à ionização da superfície da água de equilíbrio as acusações restantes (que também pode dar origem a emissão eletromagnética ) e mudanças no pH do líquido residual filmes (por exemplo, (NH 4 ) 2 SO 4 torna-se mais ácidas [ 1010] E NaCl se torna mais alcalino [ 1089]).

 

 

 

Visualizações perpendicular às faces do gelo (1h) de cristal mostrando a próxima camada fixadas (com átomos de O-preto).(A) crescimento lento rosto basal (ver abaixo o eixo c), onde apenas as moléculas de água isolada anexar. (B) face prisma de crescimento mais rápido (ver abaixo a um eixo), onde pares de moléculas recém-anexado água pode ligação de hidrogênio entre si; uma ligação de hidrogênio / duas moléculas de água. (C) maior crescimento rosto {1 1 -2 0}, onde as cadeias de moléculas recém-anexado água pode cooperativamente ligação de hidrogênio entre si, uma molécula de hidrogênio bond / água. Estes cumes forma que dividem e incentivar a conversão em duas faces do prisma. Back to Top ao topo da página ]

O gelo é escorregadio?

Embora o gelo é muitas vezes percebida como 'escorregadio' (por exemplo, patinagem no gelo), é também muito "pegajoso" (por exemplo, a dificuldade de remoção do gelo a partir de pára-brisas do carro, a compactação de neve para formar "bolas de neve 'ea facilidade com que dois cubos de gelo ficar juntos). Condensação capilar de água líquida entre uma ponta de tungstênio e uma superfície de grafite hidrofóbicas usando um microscópio de força de atrito tem sido proposto para formar um 'gelo' pegajosa em temperatura ambiente [ 1033].e Estas diferentes percepções dependem da velocidade do movimento relativo entre as superfícies ea presença e as propriedades do laye ultra-fino de água quasiliquid r / gelo amorfo sobre a superfície cristalina [ 937] Que pode ser de 10 nm de espessura igual ou superior [ 1303]. Esta camada superficial é facilmente derreter ainda mais pelo aquecimento friccional (assim deixando rastros por trás do patins) com a baixa condutividade térmica do gelo reduzir a perda de calor. Há boas evidências de que a camada superficial é indistinguível da água em estado líquido normal, com uma espessura que dependem da temperatura (isto é, quanto mais abaixo do ponto de congelamento, a mais fina a camada, pois sendo nm de espessura muitos a -1 ° C, mas tem desapareceu a cerca de -38 ° C). Gelo hexagonal é um material muito suave (1,5 na escala de Moh) seja arranhada pela maioria dos sólidos cristalinos, exceto pedra-sabão, Mg 3 Si 4 O 10 (OH) 2 . A superfície é líquida abaixo de 0 ° C, devido aoderretimento da pressão causada pela interação de um lado atraente, com o gelo subjacente sólidos.

fonte: http://www.lsbu.ac.uk/water/ice1h.html

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