Fase sólida da água - Gelo

 

A água tem muitas fases sólido (gelo). Há dezesseis ou mais fases cristalinas (onde os átomos de oxigênio estão em posições fixas em relação ao outro, mas os átomos de hidrogênio pode ou não pode ser desordenado, mas obedecendo as "regras do gelo ' j ) e três amorfo (não cristalino) fases. Todas as fases cristalinas de gelo envolvem as moléculas de água que está sendo Unknown Objectj . O ângulo HOH nas fases de gelo é esperado para ser um pouco menos do que o ângulo tetraédrico (109,47 ° ), a cerca de 107 ° . A equação de Clapeyron o de muitas mudanças de fase do gelo tem que ser adaptado devido à água do coeficiente de expansão negativa e anômala mudança na entropia com o volume [ 1147c ].

 

Dados estruturais sobre a polimorfos de gelo

Ice polymorph

Densidade, 
g cm -3 um

Prótons f Cristal h Simetria Constante dielétrica, ε i Notas
Gelo hexagonal ,eu h

0,92

0,926 desordenada Hexagonal P 6 3 /mmc uma C 6 97,5  
Cúbicos de gelo ,eu c

0,92

0,933 desordenada Cúbico Fd bar3 m quatro C 3    
LDA , eu um b

0,94

  desordenada Não-cristalinos       Como foram preparados, podem ser misturas de vários tipos
HDA c

1,17

  desordenada Não-cristalinos       Como foram preparados, podem ser misturas de vários tipos
VHDA d

1,25

  desordenada Não-cristalinos        
II , Ice e dois

1,17

1,195 pedido Romboédrica R bar3 um C 3 3,66  
III , Ice e três

1,14

1,160 desordenada Tetragonal P 4 1 2 12 um C 4 117 prótons pode ser parcialmente ordenado
IV , Ice e quatro

1,27

1,275 desordenada Romboédrica R bar3 c um C 3   metaestável no geloV espaço de fase
V , Ice e cinco

1,23

1,233 desordenada Monoclínica C 2 / c um C 2 144 prótons pode ser parcialmente ordenado
VI , Ice e seis

1,31

1,314 desordenada Tetragonal e P4 2 /nmc um C 4 193 duas estruturas interpenetrantes
VII , Ice e sete

1,50

1,591 desordenada Cúbicos e Pn bar3 m quatro C 3 150 duas gelo interpenetrando euc frameworks
VIII , Ice e oito

1,46

1,885 pedido Tetragonal e I 4 1 /amd um C 4 4 forma baixa temperatura do gelo VII
IX , Ice e nove

1,16

1,160 pedido Tetragonal P 4 1 2 12 um C 4 3,74 forma baixa temperatura do gelo III , metaestável no geloII espaço
X , Ice-ten

2,51

2,785 simétrico Cúbicos e Pn bar3 m quatro C 3   forma de prótons simétrica de geloVII
XI , Ice-eleven

0,92

0,930 pedido Ortorrômbico Cmc 2 1 três C 2   forma baixa temperatura do gelo I h
XI , Ice-elevenk

> 2,51

  simétrico Close hexagonal embalado e   distorcida   Superionic
XII , Ice-doze

1,29

1,301 desordenada Tetragonal Eu bar4 2d um C 4   metaestável no gelo espaço de fase V
XIII , Ice treze

1,23

1,247 pedido Monoclínica P 2 / a um C 2   forma ordenada de gelo V fase
XIV , Ice catorze

1,29

1,294 na maior parte encomendados Ortorrômbico P 2 1 2 11 um C 4   forma ordenada de gelo XII fase
XV , Ice e quinzen

1,30

1,328 pedido Pseudo -ortorrômbico P bar1 um C 4   forma ordenada de gelo VI fase

 

Duas formas diferentes de gelo-eleven foram descritos por diferentes grupos de pesquisa: a forma de alta pressão (também conhecida como ice-treze) envolve átomos de hidrogênio igualmente espaçados entre os átomos de oxigênio [ 84 ] (como ice-dez) enquanto o menor pressão, baixa temperatura forma, usa a incorporação de doping defeito hidróxido (e intersticial K + íons) para ordenar a ligação de hidrogênio do gelo I h [ 207 ], que de outra forma ocorre muito lentamente. Outra gelo-ten tem sido descrita, sendo o próton ordenou forma de gelo e seis ( VI ), o que hoje é conhecido como gelo fifteen .Apenas hexagonal de gelo e um ( I h), gelo e três ( III ), gelo e cinco ( V ), gelo e seis ( VI ), gelo e sete ( VII ) e, talvez, de gelo dez ( X ) pode ser em equilíbrio com a água líquida (ice-dez com água supercrítica), enquanto todos os outros gelos, incluindo gelo e dois ( II , [ 273 ]), não são estáveis ​​na sua presença sob quaisquer condições de temperatura e pressão.Os gelos de baixa temperatura, o gelo e dois , de gelo e oito ( VIII ), gelo e nove ( IX ), ice-eleven (forma baixa pressão),gelo treze ( XIII ) [1002 ], de gelo e catorze ( XIV ) [ 1002 ] e gelo fifteen ( XV ) [ 1582] Todos possuem (gelo-nove e catorze gelo incompletamente) baixa entropia ordenou pontes de hidrogênio enquanto que no CIEM (exceto gelo-dez [ 80] e gelo-eleven onde os átomos de hidrogênio são simetricamente e moléculas de H 2 O fazer não têm existência individual) o hidrogênio-ligação é desordenada, mesmo para baixo a 0 K, onde acessível. Gelo e quatro ( IV ) e ice-doze ( XII ) [ 82 ] são metaestáveis ​​dentro do gelo e cinco espaço de fase. gelo Cubic ( I c) é metaestável com relação ao gelo hexagonal ( Ih). Vale ressaltar que a água líquida é estável durante todo o seu espaço de fase acima. No entanto, gelo e sete ( VII ) sofre de raios-X induzida (~ 9,7 keV) para uma dissociação O 2 - H 2 liga g em alta pressão (> 2,5 GPa), mas reverte para gelo e sete perto de seu ponto de fusão a 700 K e 15 GPa [ 1383]. Uma fase nova de gelo tem sido relatada a mentir sobre o que havia sido pensado para ser o lado (supercrítico) líquido de gelo e sete em altas pressões, com aproximada pontos triplos de cerca de 700 K, 20 GPa com líquido (supercrítico) de água e gelo sete e cerca de 1500 K, 40 GPa com líquido (supercrítico) e ice-dez [ 1521]. No entanto, o estado de água nesta parte do diagrama de fase é confuso como outros relatam uma nova fase superionic aqui com um ponto aproximado triplo de cerca de 1000 K, 40 GPa com água (supercrítica e ionizado) líquido e gelo e sete [ 1572].

 

História muito divertida Kurt Vonnegut é relativa a uma (imaginária) de gelo e nove, que era capaz de cristalizar toda a água do mundo [ 83 ], felizmente, não tem base científica (ver também E ) como gelo e nove, na realidade, é um próton ordenou forma de gelo e três, só existe a temperaturas muito baixas e altas pressões e não pode coexistir com a água líquida sob quaisquer condições. Ice eu h pode ser metaestável com relação ao vazio clathrate estruturas de menor densidade em condições de pressão negativa (isto é, esticada) a temperaturas muito baixas [ 520].


Mais dados estruturais sobre a polimorfos de gelo

Ice polymorph

Ambientes Molecular
Tamanho pequeno anel (s)
Hélice
Aproximada ângulos OOO, °
Anel tamanho do buraco de penetração
Gelo hexagonal , euh
1
6
Nenhum
Todos os 109,47 ± 0,16
Nenhum
Cúbicos de gelo , euc
1
6
Nenhum
109,47
Nenhum
LDA , eu um b
3 +
5, 6
Nenhum
principalmente 108, 109 e 111
Nenhum
HDA c
6 +
5, 6
Nenhum
ampla gama
Nenhum
VHDA d
6 +
5, 6
Nenhum
ampla gama
Nenhum [ 747]
II , Ice e dois
2 (1:1)
6
Nenhum
80.100.107.118.124.128; 
86,87,114,116,128,130
Nenhum
III , Ice e três
2 (1:2)
5, 7
4 vezes
(1) 91,95,112,112,125,125 
(2) 98,98,102,106,114,135
Nenhum
IV , Ice e quatro
2 (1:3)
6
Nenhum
(1) 92,92,92,124,124,124 
(3) 88,90,113,119,123,128
cerca de 6
V , Ice e cinco
4 (1:2:2:2)
4, 5, 6, 8
Nenhum
(1) 82,82,102,131,131,131 
(2) 88,91,109,114,118,128 
(3) 85,91,101,103,130,135 
(4) 84,93,95,123,125,126
8 (1 título)
VI , Ice e seis
2 (1:4)
4, 8
Nenhum
(1) 77,77,128,128,128,128 
(2) 78,89,89,128,128,128
8 (2 títulos)
VII , Ice e sete
1
6
Nenhum
109,47
a cada 6
VIII , Ice e oito
1
6
Nenhum
109,47
a cada 6
IX , Ice e nove
2 (1:2)
5, 7
4 vezes
(1) 91,95,112,112,125,125 
(2) 98,98,102,106,114,135
Nenhum
X , Ice-ten
1
6
Nenhum
109,47
a cada 6
XI , Ice-eleven
1
6
Nenhum
109,47
Nenhum
XI , Ice-eleven k
indeterminado
04/06
Nenhum
indeterminado
a cada 6
XII , Ice-doze
2 (1:2)
7, 8
5 vezes
(1) 107,107,107,107,115,115 
(2) 67,83,93,106,117,132
Nenhum
XIII , Ice treze
7 (todos iguais)
4, 5, 6, 8
Nenhum
(1) 82,82,102,131,131,131 
(2) 88,91,109,114,118,128 
(3) 85,91,101,103,130,135 
(4) 84,93,95,123,125,126
8 (1 título)
XIV , Ice catorze
2 (1:2)
7, 8
5 vezes
(1) 107,107,107,107,115,115 
(2) 67,83,93,106,117,132
Nenhum
XV , Ice e quinze n
2 (1:4)
4, 8
Nenhum
(1) 77,77,122,122,134,134 
(2) 87,90,94,124,129,135
8 (2 títulos)

As propriedades térmicas condutividades de gelo cristalinas e amorfas foram revistos [1202 ]. Outras fases estável ou metaestável de gelo têm sido propostos (por exemplo, Ice XIII e gelo XIV [ 958]) E pode existir, mas as suas estruturas não foram estabelecidas. Como novas fases são pensados ​​especialmente susceptíveis de ser encontrado dentro do espaço de fase do gelo II e gelo V . Várias novas fases (por exemplo gelo i ) só foram encontrados (até agora) em estudos de modelagem, mas outros gelos foram encontrados em superfícies confinados . 'Metálico' água, onde os elétrons ficam livres para se mover por toda a matéria e os átomos de água existem como íons, provavelmente existe como um tipo de estrutura antifluorite m acima do 1,76 TPA [ 1138]. Não é o pensamento de que qualquer das outras fases são estáveis ​​a altas pressões do que isso.

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

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