Kas atsitinka, kai užšaldo vandenį konteineryje, toks stiprus vanduo negali išplisti į ledyną?

2024 Autorius: Sherilyn Boyd | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-16 10:19

Trumpas atsakymas yra tas, kad vanduo vis dar virsta ledu; tačiau jei jis iš tikrųjų negali sugadinti konteinerio obligacijų, kuris yra įstrigęs viduje, jis tampa labai skirtingu ledu, nei mes naudojame matyti.

Šiuo metu mes žinome apie 15 skirtingų "tvirtų" vandens fazių, taip pat ir ledo, kurių kiekvienas tipas yra skirtingas dėl skirtingo tankio ir vidinės struktūros. Labiausiai pažįstama forma yra "šešiakampis ledas", kuris atsitinka, kai vanduo įšyla paprastai įprastomis sąlygomis. Jei vis tiek sumažinsite šešiakampio ledo temperatūrą, tai ilgainiui taps kubiniais ledais; įtempkite temperatūrą ir slėgį toliau ir galėsite sukurti "Ice II", "Ice 3" iki "Ice XV".

Dėl nepakankamo tokio didelio / mažo slėgio ir temperatūros susidarymo sunkumų, iki 2009 m. Visai moksliškai buvo įmanoma visiškai ištirti kiekvieną žinomą ledo formą. Didžiąją ledo galutinę formą iš dalies atrado Oksfordo universiteto Chemijos katedros mokslininkų grupė, kuri pirmą kartą sugebėjo sukurti XII, XIV ir XVII ledynus.

"Ice XV" atveju jo sukūrimas susijęs su "Ice VI" priėmimu ir temperatūros slopinimu iki -143 laipsnių Celsijaus, prieš tai pakeliant spaudimą, kuris yra 10 000 kartų didesnis už atmosferą. Ši galutinė ledo forma ir išplėstinė vandens forma vis dar sugebėjo nustebinti net Oksfordo protus, kai, priešingai nei jie tikėjosi, jis pasirodė esąs visiškai antiferroelektrinis, nesvarbu, ar jis vis tiek negalėjo turėti kaltinimų.

Bet paprasčiausia prasme, skirtingos ledo formos yra sukurtos per skirtingą slėgio ir temperatūros derinį, kurio tikslūs deriniai gali būti nustatyti, greitai peržiūrėdami vandens fazinę diagramą. Tačiau mokslininkai gali dirbtinai įvairiomis priemonėmis paskatinti skalę jų naudai. Pavyzdžiui, sukūrę Ice XIII ir XIV dr Christoph Salzmann ir jo komanda Oksforde, naudodamiesi atsarginėmis druskos rūgšties priemonėmis, pakeitė ledo sukūrimui reikalingą temperatūrą.

Jei pirmiau išdėstytų dalykų schema atrodo gana paprasta, tai ir buvo, ir kiti mokslininkai, tokie kaip profesorius John Finney (kuris buvo grupės, kuri 1996 m. Atrado ir sukūrė "Ice XII"), taip pat atkreipė dėmesį į tai, kai klausinėja apie tai, komentuodamas kad Salzmann komanda per keletą metų padarė tai, ko kiti tyrėjai negalėjo padaryti 40 metų.

Grįžęs prie klausimo, kuriame yra reguliarus ledo arba bent jau versija, kurią pažįstate anksčiau, nei pasakėme apie kitus 14 rūšių, ji gali įtempti ir išplėsti didžiulę jėgos koncentraciją. Taip yra dėl labai unikalios vandens savybės, daugiausia dėl to, kad jis yra mažiau tankus nei kietas, nei kaip skystis. Šis tankio skirtumas atsiranda dėl to, kaip vandens molekules reaguoja įšaldant; vandens molekulės jungiasi į standią šešiakampę struktūrą, kuri palieka mažą, bet vis dėlto reikšmingą atotrūkį tarp atomų, kurių ten nebuvo, kai vanduo buvo skystis. Dėl įdomu, vanduo pasiekia didžiausią tašką 4 laipsnių Celsijaus laipsniu; bet koks aušintuvas ar karštas ir jis pradeda plėstis.

Taigi tiksliai, kiek jėga yra ledas, galintis daryti? Na, žmonės ilgą laiką bando tai padaryti. 1784 m. Ir 1785 m. Vienas majoras Edwardas Williamsas pasinaudojo oru Kvebeke ir pakartotinai bandė ir nepavyko rasti metodo, kuriame būtų ledo. Williams pirmiausia bandė užplombuoti vandenį artilerijos kriauklių viduje, ketaus žvakės buvo paleidžiamos 475 pėdų per stebėtinai 20 pėdų per sekundę, kai slėgis tapo pernelyg didelis. Neapsaugotas, Williams tada paėmė į kištuką įsitvirtinti vietoje, naudodami kabliukus, tik tada, kai korpusai padalyti į dvi dalis.

Kitu eksperimentu buvo bandoma užpildyti patrankas, pagamintas iš vienos colio storio ketaus, su vandeniu tik jiems, kad jis būtų suskaidytas, kai jis buvo užšaldytas. Vėliau mokslininkai Florencijoje bandė užpildyti rutulį, pagamintą iš vieno colio storio žalvario su vandeniu tik tam, kad įtrūktų, kai jis buvo užšaldytas. Vėliau jie išsiaiškino, kad jėga, reikalinga tai padaryti, sukasi apie 27 720 svarų sterlingų.

Tikslesniam atsakymui jums dar kartą reikia grįžti prie vandens fazės diagramos, kuri rodo, kad ledas pasidarys Ice II, kai slėgis pasiekia 300 Mega Pascal, kuris yra tiksliai, 43,511,31 svaro jėgos viename kvadratiniame colyje. Kitaip tariant, tai yra slėgio, kurį konteineris turėtų išgyventi, sustabdyti vandenį, kuris virsta normaliu ledu, o ne ledo II.

Taigi, norint atsakyti į pradinį klausimą, jei jūs įšaldėte vandens viduje tokioje talpoje esančio vandens, kuris negalėjo pasidaryti į ledą, jis vis tiek pasidarys ledo, o šiek tiek kitoks ledo tipas, atsižvelgiant į mokslinį klasifikavimą ir jo vidinę struktūrą. Mokslas!

Premijos faktas:

Teoriuojama, kad esant slėgiui kažkur tarp 1,55-5,62 terapaskalio ledo taps metalu.