Nước đá

Article

May 23, 2022

Nước đá là tên gọi chung dùng để chỉ nước ở trạng thái rắn. Nó là một chất rắn kết tinh trong suốt: ở áp suất khí quyển tiêu chuẩn (101 325 Pa), sự chuyển pha xảy ra khi nước lỏng được làm lạnh dưới 0 ° C (273,15 K, 32 ° F).

Mô tả

Sự rắn chắc

Nước có thể duy trì ở trạng thái lỏng ngay cả dưới 0 ° C do hiện tượng siêu lạnh (lên đến -42 ° C) hoặc với áp suất cao hơn bình thường (lên đến -30 ° C); ngược lại, nước đá cũng có thể hình thành ở nhiệt độ trên 0 ° C với áp suất thấp hơn bình thường. Có 15 pha rắn khác nhau của nước, nhưng phổ biến nhất là Ih, là pha duy nhất có trong sinh quyển, ngoại trừ một tỷ lệ nhỏ Ic được tìm thấy trong tầng thượng khí quyển. Các pha khác nhau của nước đá được hình thành ở áp suất khác với pha bình thường có cấu trúc tinh thể khác với cấu trúc của nước đá thông thường. Nước đá, nước và hơi nước có thể cùng tồn tại ở điểm ba, đối với hệ thống này được đặt ở nhiệt độ 273,16 K (0,01 ° C) và ở áp suất 611,73 Pa.

Điểm đặc biệt

Một đặc điểm khác thường của nước đá là chất rắn có tỷ trọng thấp hơn khoảng 8% so với khối lượng riêng của nước lỏng. Ở 0 ° C và ở áp suất khí quyển, nước đá có khối lượng riêng 0,917 g / cm³, nước 0,9998 g / cm³. Nước lỏng đạt đến tỷ trọng tối đa, chính xác là 1 g / cm³, ở 4 ° C và bắt đầu từ giá trị này, nó trở nên ít đặc hơn trong khi nhiệt độ giảm xuống 0 ° C khi các phân tử của nó bắt đầu tự sắp xếp theo hình học lục giác sẽ làm phát sinh sự hình thành của băng. Điều này là do các liên kết hình thành giữa các phân tử nước bằng các nguyên tử hydro, liên kết các phân tử này kém hiệu quả hơn, về mặt thể tích, khi nước đóng băng. Một trong những hậu quả là băng nổi trên mặt nước, một yếu tố quan trọng đối với khí hậu Trái đất và cần thiết cho đời sống thủy sinh (và cho sự sống nói chung) bởi vì, bằng cách ngăn chặn các hiện tượng đối lưu, nó ngăn không cho nước bên dưới tiếp tục lạnh đi và đóng băng tất cả.

Trơn

Một vật thể di chuyển trên băng chuyển động "trượt", tức là không giảm đáng kể tốc độ của nó. Điều này là do thực tế là một cơ thể đang nằm trên mặt băng chịu tác dụng của lực trọng lượng đẩy nó xuống dưới; Lực này biểu hiện như một áp lực tác động lên bề mặt tiếp xúc giữa cơ thể được đề cập và lớp băng bên dưới, và gây ra sự tan chảy một phần của băng, với sự hình thành của một lớp nước mỏng dính vào cơ thể và cho phép nó cầu trượt. Nhờ sự tạo thành lớp nước mỏng nói trên, hai mặt rắn (vật trượt và mặt đông cứng) không tiếp xúc trực tiếp nên chuyển động bị chậm lại do ma sát nhớt (xảy ra giữa nước và mặt rắn. ), thấp hơn đáng kể so với ma sát trượt sẽ xảy ra nếu các bề mặt rắn tiếp xúc trực tiếp. Hơn nữa, áp suất được cho bởi tỷ số giữa lực tác dụng và diện tích bề mặt tiếp xúc (p F / A), vì vậy việc giảm diện tích bề mặt tiếp xúc sẽ làm tăng áp suất và do đó, lớp băng bên dưới dễ tan chảy hơn, do đó ma sát ít hơn . Vì lý do này, lưỡi của giày trượt băng phải rất mỏng. Ma sát cũng tạo ra nhiệt, một phần góp phần hình thành lớp nước. Cuối cùng, để trượt trên băng, bề mặt của băng phải đủ nhẵn; Điều kiện này được thỏa mãn, ví dụ, nếu băng được hình thành do sự đông đặc chậm của một khối nước. Tuy nhiên, lý thuyết trước đây không giải thích được tại sao ngay cả những vật thể nhẹ nhỏ cũng có thể trượt trên băng. Vì lý do này, lý thuyết này đã bị thay thế bởi một lý thuyết khác theo đó