- Кристалічна структура [ правити | правити код ]
- Потрійні точки фазового діаграми [ правити | правити код ]
- Температура плавлення [ правити | правити код ]
Лід III - тетрагональна кристалічна різновид водного льоду . Можна отримати при охолодженні води до -23 ° C (250 K ) І тиску 300 МПа . Його щільність більше, ніж у води, але він менш щільний з усіх різновидів льоду в зоні високого тиску (1,16 г / см³ при тиску 350 МПа ). Щільність рідкої фази при тому ж тиску близько 1,12 г / см ³.
При 350 MPa тиску щільність льоду III становить 1,16 г / см³. статична діелектрична проникність дорівнює 117.
Звичайний водний лід відноситься по номенклатурі Бриджмена до льоду Ih . У лабораторних умовах (при різних температурах і тисках) були створені різні модифікації льоду : від льоду II до льоду XVI.
Вперше модифікації льоду високого тиску були виявлені Бріджменом , Який в 1912 році побудував фазову діаграму води. Досліджуючи воду при різних температурах і тисках, він крім звичайного льоду виявив ще 6 його структурних модифікацій, які позначив як лід II - лід VII [1] .
Аж до 1960-х років кристалічна структура модифікацій льоду не була зрозуміла. В 1960 році Б. Кембі (Barclay Camb) і Датта (Datta) за допомогою рентгеноструктурного аналізу виявили у льоду III тетрагональную симетрію, схожу з окисом кремнію SiO2.
Лід III - найбільш просто отримується і доступний для досліджень лід високого тиску. Вперше він був отриманий з звичайного льоду при температурі -22 ° C (температура потрійної точки лід Ih - лід III - вода) шляхом підвищення тиску до 210 МПа [1] .
Можливе отримання льоду III з води при тиску 210-350 МПа при повільному (близько 0,5 ° C / хв) охолодженні її до температури нижче потрійної точки (-22 ° C).
Для проведення досліджень лід III після витримки протягом півгодини при -40 ° C швидко охолоджують рідким азотом до температури нижче -175 ° C. При цій температурі лід III метастабілен, він зберігає свою структуру при зниженні тиску до атмосферного, хоча на фазовій діаграмі ці тиску і температури відповідають льоду II (вище 200 МПа) і звичайному льоду (нижче 200 МПа).
Лід III нестійкий до дії рентгенівських променів і швидко руйнується при високій інтенсивності опромінення, що створює труднощі для рентгенострукутрного аналізу.
Кристалічна структура [ правити | правити код ]
Лід III має тетрагональную кристалічну решітку (P41212). При атмосферному тиску і температурі -175 ° C параметри решітки складають a = 6,73 ± 0,01 Å і c = 6,83 ± 0,01 Å, середня довжина водневих зв'язків 2,775 Å [1] .
На відміну від правильної тетрагональной решітки, лід III має порушену кристалічну структуру. В середньому кожна молекула має 3,2 пов'язаних водневими зв'язками сусідів замість 4, однак є ще 2-3 не зв'язаних водневими зв'язками сусідніх молекул на відстані близько 3,6 Å.
Потрійні точки фазового діаграми [ правити | правити код ]
У таблиці наведені значення тиску і температури в потрійних точках для звичайної і важкої води [2] .
Фази H2O D2O P, МПа T, ° CP, МПа T, ° C III Ih Ж 209,9 -21,985 202 -18,8 III Ih II 212,9 -34,7 225 -31,0 III II V 344,3 -24,3 347 -21,5 III V Ж 350,1 -16,986 348 -14,5
Температура плавлення [ правити | правити код ]
В роботі [3] наводяться математичні моделі залежності температури плавлення різних модифікацій льоду від тиску. Плавлення льоду III відбувається в діапазоні температур 251,165 К (-21,985 ° C) - 256,164 K (-16,986 ° C) при цьому виміряні показники тиску з помилкою ± 3% змінюється від 209,9 до 350,1 МПа. З метою узгодження між собою моделей плавлення льоду Ih і льоду III, для потрійної точки III-Ih-Рідина прийнято тиск 258,566 Мпа (відхилення від експериментального значення 0,64%). При цьому допущенні залежність тиску від температури на лінії плавлення виражається наступною формулою:
P = 146 + 62, 56 (T 251, 165) 60. {\ Displaystyle P = 146 + 62,56 \ left ({\ frac {T} {251,165}} \ right) ^ {60}.}
Для експериментального значення в потрійній точці (P = 209,9 МПа), формула набуває вигляду
P = 147, 93 + 61, 97 (T 251, 165) 60. {\ Displaystyle P = 147,93 + 61,97 \ left ({\ frac {T} {251,165}} \ right) ^ {60}.}
З останньої формули отримуємо наступну залежність температури плавлення від тиску:
T = 251, 165 (P - 147, 93 61, 97) 1 60, {\ displaystyle T = 251,165 \ left ({\ frac {P-147,93} {61,97}} \ right) ^ {\ frac {1} {60}},}
де 209,9 <P <350,1 МПа.
У всіх формулах температура вимірюється в До, тиск - в МПа.
- ↑ 1 2 3 Kamb, B. and Prakash, A. Structure of ice III // Acta Crystallographica Section B. - 1968. - Vol. 24, № 10. - P. 1317-1327.
- ↑ Chaplin, Martin. Water Phase Diagram (неопр.). Water Structure and Science (11 серпня 2009). Дата звернення 27 травня 2010. Читальний зал 27 березня 2012 року.
- ↑ IAPWS, Release on the pressure along the melting and the sublimation curves of ordinary water substance архівна копія від 6 жовтня 2008 року на Wayback Machine , (1993); PW Bridgman, Water, in the liquid and five solid forms, under pressure, Proc. Am. Acad. Arts Sci. 47 (1912) 439-558.
<
