IJs is een vaste stof die zich in een staat van aggregatie bevindt en die bij kamertemperatuur de neiging heeft om een gasvormige of vloeibare vorm aan te nemen. De eigenschappen van ijs werden honderden jaren geleden bestudeerd. Ongeveer tweehonderd jaar geleden ontdekten wetenschappers dat water geen eenvoudige verbinding is, maar een complex chemisch element dat bestaat uit zuurstof en waterstof. Na de ontdekking begon de waterformule eruit te zien als H2O.
De structuur van ijs
H2O bestaat uit twee waterstofatomen en één zuurstofatoom. In rust bevindt waterstof zich aan de toppen van het zuurstofatoom. Zuurstof- en waterstofionen moeten de hoekpunten van een gelijkbenige driehoek innemen: zuurstof bevindt zich bovenaan een rechte hoek. Deze structuur van water wordt een dipool genoemd.
IJs is 11,2% waterstof en de rest is zuurstof. De eigenschappen van ijs zijn afhankelijk van de chemische structuur. Soms bevat het gasvormige of mechanische formaties -onzuiverheden.
IJs wordt in de natuur gevonden in de vorm van een paar kristallijne soorten die hun structuur stabiel behouden bij temperaturen van nul en lager, maar bij nul en daarboven begint het te smelten.
Kristalstructuur
De eigenschappen van ijs, sneeuw en stoom zijn totaal verschillend en zijn afhankelijk van de structuur van de kristallen. In de vaste toestand is H2O omgeven door vier moleculen die zich op de hoeken van de tetraëder bevinden. Omdat het coördinatiegetal laag is, kan het ijs een opengewerkte structuur hebben. Dit wordt weerspiegeld in de eigenschappen van ijs en zijn dichtheid.
IJsvormen
IJs is een van de meest voorkomende stoffen in de natuur. Op aarde zijn er de volgende varianten:
- rivier;
- meer;
- maritiem;
- firny;
- glaciaal zwart;
- grond.
Er is ijs dat direct wordt gevormd door sublimatie, d.w.z. uit de damptoestand. Deze weergave neemt een skeletvorm aan (we noemen ze sneeuwvlokken) en aggregaten van dendritische en skeletgroei (rijm, vorst).
Een van de meest voorkomende vormen zijn stalactieten, oftewel ijspegels. Ze groeien over de hele wereld: op het aardoppervlak, in grotten. Dit type ijs wordt gevormd door de stroming van waterdruppels bij een temperatuurverschil van ongeveer nul graden in de herfst-lenteperiode.
Formingen in de vorm van ijsstroken die verschijnen langs de randen van reservoirs, op de grens van water en lucht, evenals langs de rand van plassen, worden ijsbanken genoemd.
IJs kan zich in poreuze bodems vormen in de vorm van vezeligader.
Ijseigenschappen
Stof kan zich in verschillende toestanden bevinden. Op basis hiervan rijst de vraag: welke eigenschap van ijs manifesteert zich in een bepaalde staat?
Wetenschappers identificeren fysieke en mechanische eigenschappen. Elk van hen heeft zijn eigen kenmerken.
Fysieke eigenschappen
De fysieke eigenschappen van ijs omvatten:
-
Dichtheid. In de natuurkunde wordt een inhomogeen medium weergegeven door de limiet van de verhouding van de massa van de substantie van het medium zelf tot het volume waarin het is ingesloten. De dichtheid van water is, net als andere stoffen, een functie van temperatuur en druk. Meestal wordt in berekeningen een constante dichtheid van water gebruikt, gelijk aan 1000 kg/m3. Er wordt alleen rekening gehouden met een nauwkeurigere dichtheidsindicator wanneer het nodig is om zeer nauwkeurig te rekenen vanwege het belang van het resultaat van het dichtheidsverschil.
Bij het berekenen van de dichtheid van ijs wordt rekening gehouden met welk water werd ijs: zoals je weet, is de dichtheid van zout water hoger dan van gedestilleerd water.
-
Watertemperatuur. Gewoonlijk vindt waterkristallisatie plaats bij een temperatuur van nul graden. Bevriezingsprocessen vinden plaats in sprongen met het vrijkomen van warmte. Het omgekeerde proces (smelten) vindt plaats wanneer dezelfde hoeveelheid warmte wordt geabsorbeerd die vrijkwam, maar zonder sprongen, maar geleidelijk.
In de natuur zijn er omstandigheden waaronder water wordt onderkoeld, maar het bevriest niet. Sommige rivieren blijven zelfs bij -2 graden vloeibaar.
- Warmtecapaciteit. Dit is de hoeveelheid warmte die wordt geabsorbeerd wanneer het lichaam voor elk wordt verwarmdrang. Er is een specifieke warmtecapaciteit, die wordt gekenmerkt door de hoeveelheid warmte die nodig is om een kilogram gedestilleerd water met één graad te verwarmen.
- Compressibiliteit. Een andere fysieke eigenschap van sneeuw en ijs is de samendrukbaarheid, die de afname van het volume beïnvloedt onder invloed van verhoogde externe druk. Het omgekeerde wordt elasticiteit genoemd.
- IJssterkte.
- De kleur van ijs. Deze eigenschap hangt af van de absorptie van licht en verstrooiing van stralen, evenals van de hoeveelheid onzuiverheden in het bevroren water. Het ijs van rivieren en meren zonder vreemde onzuiverheden is zichtbaar in lichtblauw licht. Zee-ijs kan heel anders zijn: blauw, groen, blauw, wit, bruin, heeft een staalachtige tint. Soms zie je zwart ijs. Het krijgt deze kleur door de grote hoeveelheid mineralen en verschillende organische onzuiverheden.
Mechanische eigenschappen van ijs
De mechanische eigenschappen van ijs en water worden bepaald door de weerstand tegen de externe omgeving in relatie tot een oppervlakte-eenheid. Mechanische eigenschappen zijn afhankelijk van structuur, zoutgeh alte, temperatuur en porositeit.
IJs is een elastische, stroperige, plastische formatie, maar er zijn omstandigheden waaronder het hard en zeer broos wordt.
Zee-ijs en zoetwater zijn verschillend: de eerste is veel meer plastic en minder duurzaam.
Wanneer schepen passeren, moet rekening worden gehouden met de mechanische eigenschappen van ijs. Het is ook belangrijk bij het gebruik van ijswegen, kruisingen en meer.
Water, sneeuw en ijs hebbenvergelijkbare eigenschappen die de kenmerken van een stof definiëren. Maar tegelijkertijd beïnvloeden vele andere factoren deze metingen: omgevingstemperatuur, onzuiverheden in de vaste stof, evenals de initiële samenstelling van de vloeistof. IJs is een van de interessantste stoffen op aarde.
