Jég III

Az oldal jelenlegi verzióját még nem ellenőrizték tapasztalt közreműködők, és jelentősen eltérhet a 2015. augusztus 6-án áttekintett verziótól ; az ellenőrzések 6 szerkesztést igényelnek .

Az Ice III  a vízjég tetragonális kristályos változata . Víz -23 °C-ra (250 K ) és 300 MPa nyomásra történő hűtésével érhető el . Sűrűsége nagyobb, mint a vízé, de a legkevésbé sűrű a nagynyomású zónában található jégfajták közül (1,16 g/cm³ 350 MPa nyomáson ). A folyadékfázis sűrűsége azonos nyomáson körülbelül 1,12 g/cm³.

350 MPa nyomáson a jég III sűrűsége 1,16 g/cm³. A statikus permittivitás 117.

A Bridgman -nómenklatúra szerint a közönséges vízjég az I h jégre utal . Laboratóriumi körülmények között (különböző hőmérsékleten és nyomáson) különféle jégmódosításokat hoztak létre : a II . jégtől a XIX. jégig.

Felfedezési előzmények

A nagynyomású jégmódosításokat először Bridgman fedezte fel , aki 1912 -ben elkészítette a víz fázisdiagramját. Különböző hőmérsékletű és nyomású vizet kutatva a közönséges jégen kívül további 6 szerkezeti módosulását tárta fel, amelyeket jég II - jég VII [1] néven nevezett el .

Az 1960-as évekig a jégmódosulások kristályszerkezete nem volt egyértelmű. 1960- ban B. Camb (Barclay Camb) és Datta (Datta) röntgendiffrakciós elemzéssel tetragonális szimmetriát tárt fel a jég III-ban, hasonlóan a szilícium-oxid SiO 2 -hoz .

Getting

Az Ice III a legkönnyebben beszerezhető és kutatáshoz elérhető nagynyomású jég. Először közönséges jégből nyerték ki -22 °C hőmérsékleten (hárompontos hőmérsékletű jég Ih - ice III - víz) a nyomás 210 MPa-ra emelésével [1] .

210–350 MPa nyomású vízből a jeget III lehet előállítani, annak lassú (kb. 0,5 °C/perc) hűtésével a hármaspont (–22 °C) alatti hőmérsékletre.

A kutatáshoz a III. jeget fél órán át –40 °C-on tartva gyorsan lehűtik folyékony nitrogénnel –175 °C alá. Ezen a hőmérsékleten a III-as jég metastabil, szerkezetét megtartja, ha a nyomás atmoszférikusra csökken, bár ezek a nyomások és hőmérsékletek a II. jégnek (200 MPa felett) és a közönséges jégnek (200 MPa alatt) felelnek meg a fázisdiagramon.

Az Ice III instabil a röntgensugárzással szemben, és nagy besugárzási intenzitás esetén gyorsan lebomlik, ami megnehezíti a röntgendiffrakciós elemzést.

Fizikai tulajdonságok

Kristályszerkezet

Az Ice III-nak tetragonális kristályrácsa van (P4 1 2 1 2). Légköri nyomáson és –175 °C hőmérsékleten a rácsparaméterek a = 6,73 ± 0,01 Å és c = 6,83 ± 0,01 Å, a hidrogénkötések átlagos hossza 2,775 Å [1] .

A szabályos tetragonális ráccsal ellentétben a III-as jég kristályszerkezete zavart. Átlagosan minden molekulának 3,2 hidrogénkötésű szomszédja van 4 helyett, de még mindig van 2-3 nem hidrogénkötésű szomszédos molekula körülbelül 3,6 Å távolságban.

A fázisdiagram hármas pontjai

A táblázat a nyomás és a hőmérséklet értékeket mutatja a hármas pontokban a közönséges és nehéz víz esetében [2] .

Fázisok H2O _ _ D2O _ _
P, MPa T, °C P, MPa T, °C
III Ih ÉS 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 ÉS 350.1 −16.986 348 −14.5

Olvadáspont

A [3] -ban matematikai modelleket mutatnak be a jég különböző módosulásai olvadási hőmérsékletének nyomástól való függésére. A Ice III a 251,165 K (−21,985 °C) - 256,164 K (−16,986 °C) hőmérséklet-tartományban olvad, míg a mért nyomásértékek 209,9 és 350,1 MPa között változnak ±3%-os hibával. Az Ih és a III jég olvadási modelljének összehangolása érdekében a III-Ih-folyadék hármaspontra 258,566 MPa nyomást feltételeztünk (0,64%-os eltérés a kísérleti értéktől). Ezzel a feltételezéssel a nyomás hőmérséklettől való függését az olvadási vonalon a következő képlettel fejezzük ki:

eredeti képlet

Az eredeti cikkben a képlet így van megadva

ahol

A hármaspont kísérleti értékére (P = 209,9 MPa) a képlet a következő lesz

Az utolsó képletből az olvadáspont nyomástól való függését kapjuk:

ahol 209,9 < P < 350,1 MPa.

Minden képletben a hőmérsékletet K-ban, a nyomást MPa-ban mérik.

Jegyzetek

  1. ↑ 1 2 3 Kamb, B. and Prakash, A. Jég szerkezete III  // Acta Crystallographica Section B. - 1968. - Vol. 24, 10. sz . - P. 1317-1327.
  2. ↑ Chaplin, Martin. Vízfázis diagram . Vízszerkezet és tudomány (2009. augusztus 11.). Hozzáférés dátuma: 2010. január 27. Az eredetiből archiválva : 2012. március 27.
  3. ↑ IAPWS, Nyomáskibocsátás közönséges vízanyag olvadási és szublimációs görbéi mentén Archiválva : 2008. október 6., a Wayback Machine , (1993); PW Bridgman, Víz, folyékony és öt szilárd formában, nyomás alatt, Proc. Am. Acad. Arts Sci. 47 (1912) 439-558.

Linkek

 Jégfázisok