2014 dxdy logo

Научный форум dxdy

Математика, Физика, Computer Science, Machine Learning, LaTeX, Механика и Техника, Химия,
Биология и Медицина, Экономика и Финансовая Математика, Гуманитарные науки




Начать новую тему Ответить на тему На страницу 1, 2  След.
 
 Тугоплавкий водяной лед
Сообщение09.10.2012, 20:56 


09/10/12
11
При давлении около 20000 атмосфер возникает лёд-6. Это буквально горячий лёд — он выдерживает, не плавясь, температуру 80 градусов. Лёд-7, полученный под давлением в 40000 атмосфер, поистине раскалённый лёд. Это самый плотный и тугоплавкий из всех известных льдов. Он плавится при 175 градусах.

Насколько я знаю, закаленный лед-7 спокойно существует при атмосферном давлении, но низких температурах (-170С). Если же его нагреть до 0, то он по ходу нагревания перейдет в обычный лед и потом при нуле также расстает.

Для тех кто в курсе, проясните пожалуйста один момент. Если под высоким давлением и комнатной температуре получить, скажем лед-7, а затем резко либо постепенно сбросить давление до атмосферного, насколько стабилен будет полученный образец? По идее, структура льда будет изменена, значит мгновенно в воду превратиться ему будет сложно?

 Профиль  
                  
 
 Re: Тугоплавкий водяной лед
Сообщение10.10.2012, 00:20 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


30/01/06
72407
При сбросе давления он будет плавиться так же, как при повышении температуры. Возможно, промежуточно переходя в фазу льда VI, хотя может быть, метастабильно оставаясь льдом VII - на фазовых диаграммах этого не обозначено, и может быть, досконально не исследовано.

Непонятно, почему из-за структуры в воду будет сложно превратиться. Не сравнивайте его с обычным льдом Ih, а сравнивайте его с жидкостью. В структуре льда молекулы воды прижаты одна к другой, при снятии давления они будут отходить и двигаться более свободно.

При плавлении, кажется, должна упасть температура, если проводить процесс не изотермически, а адиабатически.

 Профиль  
                  
 
 Re: Тугоплавкий водяной лед
Сообщение10.10.2012, 02:51 


09/10/12
11
Действительно, эта тема изучена недостаточно. Но теплый лед-7 при понижении давления, я думаю, будет себя вести совсем не так, как закаленный метастабильный холодный лед-7 при повышении температуры, хотя бы потому, что различаются метастабильные фазы, через которые они будут проходить при изменении условий.

Если посмотреть по фазовой диаграмме, например, тут: ru(.)wikipedia(.)org/wiki/Файл:Water_phase_diagram.gif , тогда действительно, при температуре, скажем +20 °С, лед-7 сначало переходит в лед-6, а потом в воду. Но лед-6 тоже тугоплавкий. И время такого перехода мне неизвестно, хотя интересно было бы узнать.

И вообще говоря, не факт что такой переход вообще будет. Алмаз, к примеру, при сбросе давления без дополнительного прогрева обратно в графит не переходит же...

Вы говорите, с чего бы это полученная структура льда-7 мешала его переходу в воду? Лично я точно понятия не имею почему, но думаю что такое впринципе возможно. Молекулы упаковываются особым образом и, возможно, распаковываться обратно при той же температуре просто не захотят. Помимо изменения структуры, к примеру, возможно укрепляются водородные связи между молекулами, что также будет мешать обратному превращению льда в воду при атмосферном давлении.

Опыты с теплым и горячим льдом проводил Бриджмен. Он получил целую серию новых видов льда, которые были не только тяжелее воды, но таяли при температуре намного выше обычной (0 °С). А один из образцов оставался твердым при температуре выше температуры кипения воды.

Подробную информацию по этому поводу мне найти не удалось. До конца так и не ясно, снижал ли Бриджмен давление при таком нагреве льда, или же он нагревал лед при высоком давлении. В последнем случае также непонятно как он это делал - навряд ли в начале XX века у него была такая камера которая позволяла бы ему и нагревать образец и сохранять при этом высокое давление...

 Профиль  
                  
 
 Re: Тугоплавкий водяной лед
Сообщение10.10.2012, 08:19 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


01/08/06
3049
Уфа

(2 CoolerMan)

CoolerMan писал(а):
...например, тут: ru(.)wikipedia(.)org/wiki/Файл:Water_phase_diagram.gif...
Здесь можно размещать ссылки, кроме рекламных. Уж на википедию-то точно можно. Вот так, например.

А картинки можно даже вот так:

Изображение

(на всякий случай: нажмите кнопку "Цитата", чтобы увидеть как я это сделал).

 Профиль  
                  
 
 Re: Тугоплавкий водяной лед
Сообщение10.10.2012, 08:26 


02/04/12
269
CoolerMan в сообщении #628962 писал(а):
с чего бы это полученная структура льда-7 мешала его переходу в воду?


Наиболее устойчивое состояние вещества определяется минимальным химпотенциалом. Зародыши другой фазы в окружении "чужих" имеют больший химпотенциал, чем в большом объеме этой фазы, что и задерживает переход, создавая барьер между состояниями. Как только высота барьера оказывается сравнимой с тепловыми флуктуациями, начинается переход. Мы знаем что около 0С лед-7 нестабилен и превращается в обычный. Т.к. у воды отсутствует дальний порядок, то и влияние размеров зародыша водяной фазы меньше, т.е. в воду лед-7 тем более превратится.
По запросу "перегретый лед":
В физике хорошо известен эффект перегрева твердых тел, когда они не плавятся при повышении температуры выше точки плавления. Наиболее ярко этот эффект проявляется в качественных монокристаллах, где очень мало дефектов, в окрестности которых и возникают обычно зародыши жидкой фазы. В принципе, наверное, лед (он ведь твердый!) тоже можно было бы перегреть. Однако этому препятствует сложная трехмерная сетка водородных связей, удерживающих вместе молекулы H2O и обуславливающих необычные свойства как воды, так и льда. Дело в том, что, поскольку водородные связи, подобно ковалентным, отличаются своей направленностью, то в этой сетке имеется много дефектов. Бездефектный перегретый лед до недавнего времени удавалось “создать” лишь на компьютере, путем численного моделирования. В эксперименте же успех впервые сопутствовал группе немецких физиков из Technische Univ. Munchen [1]. При избирательном возбуждении моды колебаний O-H температуру льда им удалось довести аж! до (290 ± 2)К. И лед не плавился в течение всего времени наблюдения, пусть и очень небольшого – всего 250пс.
1 Nature 2006, 439, 183

 Профиль  
                  
 
 Re: Тугоплавкий водяной лед
Сообщение10.10.2012, 10:33 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


30/01/06
72407
CoolerMan в сообщении #628962 писал(а):
Но теплый лед-7 при понижении давления, я думаю, будет себя вести совсем не так, как закаленный метастабильный холодный лед-7 при повышении температуры, хотя бы потому, что различаются метастабильные фазы, через которые они будут проходить при изменении условий.

Лёд VII - это уже название фазы. В ней конкретная кристаллическая решётка. Чем один лёд VII может отличаться от другого льда VII? Вещество памятью не обладает, и через что оно проходило - не знает.

CoolerMan в сообщении #628962 писал(а):
И время такого перехода мне неизвестно, хотя интересно было бы узнать.

Если сбрасывать давление, увеличивая объём камеры, то история будет аналогична истории плавления при нагревании: сначала будет твёрдая фаза, потом начнётся плавление, на протяжении некоторого диапазона объёмов будут сосуществовать твёрдая и жидкая фаза (чем больше объём, тем больше доля жидкости), и наконец, останется только жидкость под давлением. Так что скорость процесса определяется скоростью изменения внешних условий. В отличие от нагревания, здесь не будет сложного распределения ни температуры, ни давления, в объёме.

CoolerMan в сообщении #628962 писал(а):
И вообще говоря, не факт что такой переход вообще будет. Алмаз, к примеру, при сбросе давления без дополнительного прогрева обратно в графит не переходит же...

Алмаз - это очень редкая метастабильная фаза с большой стабильностью (я даже не знаю, кто из них стабилен, а кто метастабилен, алмаз или графит). В большинстве случаев метастабильные фазы если и есть, то распадаются гораздо быстрее.

CoolerMan в сообщении #628962 писал(а):
Молекулы упаковываются особым образом и, возможно, распаковываться обратно при той же температуре просто не захотят.

Ну это мистика.

CoolerMan в сообщении #628962 писал(а):
Опыты с теплым и горячим льдом проводил Бриджмен... До конца так и не ясно... навряд ли в начале XX века у него...

Раз это было в начале XX века, то с тех пор в этой области наверняка были проделаны сотни, если не больше, новых опытов, с уточнениями данных. Бриджмен упоминается только как первооткрыватель. Скорей всего, всё подробно изучено и во всех режимах. Раз в фазовой диаграмме не указано метастабильных фаз, то их там и нет. Впрочем, можно провести библиографический поиск, чтобы быть совсем уверенным.

 Профиль  
                  
 
 Re: Тугоплавкий водяной лед
Сообщение10.10.2012, 13:06 


02/04/12
269
Munin в сообщении #629018 писал(а):
я даже не знаю, кто из них стабилен, а кто метастабилен, алмаз или графит


Изображение
1 — жидкость; 2 — стабильный алмаз; 3 — стабильный графит; 4 — стабильный алмаз и метастабильный графит; 5 — стабильный графит и метастабильный алмаз; 6 — гипотетическая область существования иных твёрдых состояний углерода; 7 — точки, соответствующие условиям опытов по прямому превращению графита в алмаз; 8 — область образования алмаза с использованием металлов; 9 — область экспериментов по образованию алмазов при низком давлении (Бутузов, СССР).
Так что при атмосферном давлении(и до 20 000 атмосфер) стабилен графит.

 Профиль  
                  
 
 Re: Тугоплавкий водяной лед
Сообщение10.10.2012, 13:51 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


30/01/06
72407
Но судя по графику, алмаз довольно близок к стабильности, так? Граница между областями 4 и 5 близко.

 Профиль  
                  
 
 Re: Тугоплавкий водяной лед
Сообщение10.10.2012, 14:09 


02/04/12
269
Munin в сообщении #629059 писал(а):
Граница между областями 4 и 5 близко.

Если 20 тыс атмосфер это близко, то да.

 Профиль  
                  
 
 Re: Тугоплавкий водяной лед
Сообщение10.10.2012, 19:31 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


30/01/06
72407
Близко в относительном смысле, если смотреть на график в целом. Вот например, граница 4-5 и конец границы 2-4 далеко. Если это брать как характерное расстояние, то 0 (или 1 бар) и граница 4-5 - это близко.

20 000 - это вы по графику определили, или справочная цифра?

 Профиль  
                  
 
 Re: Тугоплавкий водяной лед
Сообщение10.10.2012, 19:52 


09/10/12
11
Alexandr007 в сообщении #628987 писал(а):
Мы знаем что около 0°С лед-7 нестабилен и превращается в обычный. Т.е. в воду лед-7 тем более превратится.

Всмысле Вы этими исследованиями практически занимались/занимаетесь? А за какое примерно время, скажем 1 куб.см. льда-7 при +10°С перейдет в воду, если не секрет? Существует ли какой-либо стабильный вид водяного льда в таких условиях?

Alexandr007 в сообщении #628987 писал(а):
В физике хорошо известен эффект перегрева твердых тел, когда они не плавятся при повышении температуры выше точки плавления. Наиболее ярко этот эффект проявляется в качественных монокристаллах, где очень мало дефектов, в окрестности которых и возникают обычно зародыши жидкой фазы.

Интересно :) Возможно, такой лед можно получить из сильно намагниченной дистилированной воды - качество ее кристаллизации вроде бы как намного лучше.

Munin в сообщении #629018 писал(а):
Лёд VII - это уже название фазы. В ней конкретная кристаллическая решётка. Чем один лёд VII может отличаться от другого льда VII?

Насколько я понял есть 2 вида льда-7, и у обоих одинаковая кристаллическая решетка: один стабилен при отрицательных температурах и атмосферном давлении, а другой при плюсовых температурах и высоких давлениях. Так вот в литературе и в научных работах обычно исследуются и закаляются разные льды при низких температурах, а при высоких я пока что ничего не нашел. Даже у самого Бриджмена (из того что мне попадалось в интернете) толком ничего не написано. Он пишет я сделал то-то и то-то и получил то-то, а вот как он это сделал и при каких условиях подробно не рассписано.

Может кто-то этим вопросом подробно занимался уже, чтобы знать наверняка?

 Профиль  
                  
 
 Re: Тугоплавкий водяной лед
Сообщение10.10.2012, 19:55 
Заслуженный участник


27/04/09
28128
CoolerMan в сообщении #629199 писал(а):
Возможно, такой лед можно получить из сильно намагниченной дистилированной воды - качество ее кристаллизации вроде бы как намного лучше.
Это не из «Великой тайны воды», случаем? Был такой псевдонаучный фильм.

 Профиль  
                  
 
 Re: Тугоплавкий водяной лед
Сообщение10.10.2012, 20:23 


09/10/12
11
arseniiv в сообщении #629200 писал(а):
Это не из «Великой тайны воды», случаем? Был такой псевдонаучный фильм.

Нет, это из каких-то научных публикаций, которые при желании можно найти в интернете. Может даже в научной литературе тоже есть. Утверждается, что скорость кристаллизации воды под воздействием магнитного или электрического поля увеличивается на 30-50%, объем льда увеличивается где-то на 1,5% за счет того что узоры кристаллов становятся более "ажурными". Где-то была даже инфа что в намагниченной воде даже соли в осадок выпадают вместо образования накипи или что-то типа того. Погуглите если интересно.

 Профиль  
                  
 
 Re: Тугоплавкий водяной лед
Сообщение10.10.2012, 21:14 


02/04/12
269
CoolerMan в сообщении #629199 писал(а):
Всмысле Вы этими исследованиями практически занимались/занимаетесь?

Нет, воспоминания с института+интернет+Ваши слова.
CoolerMan в сообщении #629199 писал(а):
А за какое примерно время, скажем 1 куб.см. льда-7 при +10°С перейдет в воду, если не секрет? Существует ли какой-либо стабильный вид водяного льда в таких условиях?

Вопрос не корректный, я думаю не удастся даже близко подойти к точке +10°С, 1 атм.
CoolerMan в сообщении #629199 писал(а):
Насколько я понял есть 2 вида льда-7, и у обоих одинаковая кристаллическая решетка: один стабилен при отрицательных температурах и атмосферном давлении, а другой при плюсовых температурах и высоких давлениях.

Нет, это одно и то же состояние, поэтому его и называют одинаково.
Munin в сообщении #629193 писал(а):
20 000 - это вы по графику определили, или справочная цифра?

По графику, даже если на самом деле 10 000, все равно много.

 Профиль  
                  
 
 Re: Тугоплавкий водяной лед
Сообщение10.10.2012, 22:41 


09/10/12
11
Alexandr007 в сообщении #629245 писал(а):
Нет, это одно и то же состояние, поэтому его и называют одинаково.

Я опирался на публикацию 2006г. "Кристаллические льды" (Е.А.Желиговская, Г.Г.Маленков). Там разделяют высокотемпературный и низкотемпературный лед-7. Ее так и называют - низкотемпературная метастабильная форма льда-7, существующая в области стабильности льда-8, и обозначают как лед-7 со штрихом.

 Профиль  
                  
Показать сообщения за:  Поле сортировки  
Начать новую тему Ответить на тему  [ Сообщений: 29 ]  На страницу 1, 2  След.

Модераторы: photon, whiterussian, profrotter, Jnrty, Aer, Парджеттер, Eule_A, Супермодераторы



Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей


Вы не можете начинать темы
Вы не можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения
Вы не можете добавлять вложения

Найти:
Powered by phpBB © 2000, 2002, 2005, 2007 phpBB Group