Лед — это вода, которая находится в твердом агрегатном состоянии, но в зависимости от температурных условий может переходить в жидкое или газообразное состояние. Уже достаточно давно ученые обнаружили, что вода является сложным соединением, содержащим атомы водорода и кислорода, а ее свойства в большой степени зависят от агрегатного состояния. Рассмотрим, какие свойства льда выделяют современные ученые и в каких сферах он может использоваться.
Физические свойства
Вода в твердом агрегатном состоянии или лед имеет следующие физические свойства:
1. Плотность. Данное свойство определяется температурой, давлением и концентрацией в воде минеральных солей. Постоянное значение плотности воды соответствует 1000 кг/м3. Плотность льда несколько меньше и определяется в зависимости от температуры и других показателей.
2. Температура. Вода начинает кристаллизоваться при температуре 0°C. Замерзает она скачками, которые сопровождаются выделением теплоты. Процесс оттаивания воды требует поглощения такого же количества теплоты, которая выделялась, но постепенно, а не скачками. Однако в природе бывают исключения: например, существуют реки, в которых переохлажденная вода с температурой -2°C не замерзает и остается жидкой.
3. Теплоемкость. Имеется в виду количество теплоты, которое поглощает лед при нагревании на 1°C. Удельную теплоемкость определяют как количество теплоты, которое требуется для нагревания 1 кг воды (дистиллированной) на 1°C.
4. Сжимаемость. Свойство уменьшать объем под воздействием высокого давления. Обратную характеристику называют упругостью.
5. Цвет. Определяется свойством поглощать свет и рассеивать лучи, а также примесями, которые присутствуют в воде. В озерах и реках лед без примесей имеет светло-голубую окраску. Морской лед может быть разным в зависимости от примесей — голубым или синим, зеленоватым, коричневым, стального оттенка. Встречается даже черный лед, цвет которого связан с большим объемом минеральных и органических примесей.
Механические свойства
Механические свойства льда определяются способностью сопротивляться внешним воздействиям и исчисляются на единицу площади. Они зависят от структуры и состава замерзшей воды, а также от пористости и температуры.
Обычно для льда характерна упругость, пластичность и вязкость, но при некоторых условиях он может стать твердым и хрупким. Например, морской лед более пластичный и не такой прочный, как замерзшая вода в пресных водоемах. Свойства льда необходимо учитывать при прохождении кораблей, использовании ледяных переправ и т. д.
Химические свойства
Примерно 11,2% замерзшей воды составляет водород, а 88,8% — кислород. Естественно в ней могут присутствовать различные примеси: газообразные или механические.
В природе лёд встречается в нескольких кристаллических видах, которые сохраняют свою структуру при температуре ниже нуля, но начинают таять, когда температура достигает нуля или поднимается выше.
Свойства льда в значительной степени зависят от структуры кристаллов. Замерзшая вода при определенных условиях может иметь ажурную структуру, что отражается на плотности льда и других его свойствах.
Где применяется лед?
Человек использует уникальные свойства льда в различных сферах своей деятельности:
1. Пищевая промышленность. Благодаря свойству льда долго сохранять холодную температуру, его используют для охлаждения пищевых продуктов, что значительно повышает сроки их годности. С помощью льда можно обеспечить эффективное хранение и транспортировку продуктов питания, особенно в жаркие летние дни. Это актуально для любых продуктов, а особенно для мороженого, свежего или замороженного мяса, рыбы, морепродуктов и т.д.
2. Ресторанный и гостиничный бизнес. Лед широко используется для приготовления коктейлей и охлаждающих напитков, а также для подачи холодных блюд.
3. Медицина. Многие виды медпрепаратов, биологических образцов и вакцин нуждаются в хранении при низких температурах. С помощью льда такую продукцию можно не только хранить, но и транспортировать на большие расстояния.
4. Спорт. Из льда изготавливают арены для зимних видов спорта, например, хоккея или коньков. Такие ледовые арены и катки создаются не только в спортивных комплексах, но и в развлекательных центрах, торговых центрах и т.д.
5. Промышленность. С помощью льда охлаждают промышленное оборудование и сами производственные процессы, например, охлаждение паров. Особенно актуально применение льда в химической и производственной промышленности.
6. Сельское хозяйство. Искусственный лед могут создавать и использовать в качестве защитного покрова для полевых культур. В холодных регионах такое покрытие защищает растения от обледенения.
Экологические аспекты использования
Ученые утверждают, что лед непосредственно влияет на энергетические процессы, которые происходят на нашей планете. Когда вода замерзает, она выделяет тепло, а когда оттаивает, то поглощает тепловую энергию. В частности это способствует более плавной смене сезонов — без слишком резких температурных колебаний.
Выводы
Как видим, лед или вода в твердом состоянии имеет не только уникальные свойства, но и важное практическое значение. Люди используют его для хранения продуктов и приготовления блюд, в медицине и косметологии, в промышленности и сельском хозяйстве. А еще лед выступает альтернативным материалом для скульпторов, позволяя создавать невероятно красивые произведения искусств.
