Remove ads
Лед представља чврсто агрегатно стање воде, које она достиже на температурама једнаким или мањим од 0 °C (тачка мржњења).[3][4] Због специфичног просторног распореда који молекули воде тада заузимају, лед има мању густину од воде (за око 8,5%) и плута на њеној површини (видети Вода: Агрегатна стања). При смрзавању, запремина воде се повећава за око 11%.[5][6]
| Лед | |
|---|---|
.jpg) | |
| Физичке особине | |
| Густина (ρ) | 0,9167[1]–0,9168[2] 3 |
| Индекс рефракције () | 1,309 |
| Механичка својства | |
| Јунгов модул () | 3400 до 37,500 -сила/3[2] |
| Затезна чврстоћа () | 5 до 18 -сила/2[2] |
| Компресивна јачина () | 24 до 60 -сила/2[2] |
| Пуасонов однос (ν) | 0,36±0,13[2] |
| Термална својства | |
| Топлотна проводљивост () | 0,0053(1 + 0,105 θ) , θ = температура у °C[2] |
| Коефицијент линеарне термичке експанзије (α) | 5,5×10−5[2] |
| Специфични топлотни капацитет () | 0,5057 − 0,001863 θ , θ = апсолутна вредност температуре у °C[2] |
| Електрична својства | |
| Диелектрична константа () | ~3,15 |
| Својства леда значајно варирају у зависности од температуре, чистоће и других фактора. | |
Специфична топлота леда је дупло мања од воде у течном стању. Због тога се лед релативно брзо образује на површини воде расхлађене до температуре од 0 °C, а за његово топљење потребна је много мања количина топлоте (79,72 цал г -1) него за упаравање течне воде (539,6 цал г -1). Повећањем салинитета снижава се тачка мржњења воде; тако се морска вода (просечног салинитета од 35 Л -1) мрзне тек на -1,91 °C.[7][8] Највеће количине леда у биосфери се налазе у поларним капама.
Лед није само својство крутости воде. Наиме, таква врста леда се у науци назива „водени лед“, док готово сваки гасовити спој при одређеним температурама и притиском може прећи у стање леда. Гледано у свемиру, на Марсу постоје одређене количине воденог леда, али нпр. на Плутону постоји тзв. метански лед, на Урану амонијаков лед итд.
У Сунчевом систему леда има у изобиљу и природно се јавља већ на блиском растојању од Сунца, попут Меркура, те све до објеката Ортовог облака. Изван Сунчевог система јавља се као међузвездани лед. Има га доста на површини Земље - нарочито у поларним регионима и изнад снежне границе[9] – и, као уобичајен облик падавина и таложења, игра кључну улогу у циклусу воде Земље и клими. Лед пада у виду пахуљице и града, или се јавља као мраз, леденице или ледени шиљци и агрегати од снега као глечери и ледени покривачи.
Remove ads
Као природна кристална неорганска чврста супстанца са уређеном структуром, лед се сматра минералом.[12][13] Поседује правилну кристалну структуру засновану на молекулу воде, који се састоји од једног атома кисеоника ковалентно везаног за два атома водоника, или . Међутим, многа физичка својства воде и леда контролишу се формирањем водоничних веза између суседних атома кисеоника и водоника; иако је то слаба веза, кључна је за контролу структуре воде и леда.
Необично својство воде је то што је њен чврсти облик - лед замрзнут при атмосферском притиску - приближно 8,3% мање густ од течног облика; ово је еквивалентно запреминском проширењу од 9%. Густина леда је 0,9167[1] –0,9168[2] 3 на 0 °C и стандардном атмосферском притиску (101,325 ), док вода има густину од 0,9998[1]–0.999863[2] 3 на истој температури и притиску. Течна вода је најгушћа, у суштини 1,00 g/cm³ на 4 °C и почиње да губи своју густину како молекули воде почињу да формирају хексагоналне кристале леда када се достигне тачка смрзавања. То је због водоничне везе која доминира међумолекулским силама, што доводи до паковања молекула мање компактних у чврстом материјалу. Густина леда се благо повећава са смањењем температуре и има вредност од 0,9340 3 при -180 °C (93 K).[14]
Када се вода смрзне, повећава се запремина (око 9% за слатку воду).[15] Ефекат ширења током смрзавања може бити драматичан, а ширење леда основни је узрок пропадања стена смрзавањем и одмрзавањем у природи и оштећења темеља зграда и путева услед налета мраза. Такође је чест узрок поплава кућа када пукну водоводне цеви због притиска воде која се шири када се смрзне.
Резултат овог процеса је да лед (у свом најчешћем облику) плута на течној води, што је важна карактеристика у биосфери Земље. Тврдило се да би се без овог својства природна водна тела замрзнула, у неким случајевима трајно, одоздо према горе,[16] што би довело до губитка животињског и биљног света зависног од дна у слаткој и морској води. Довољно танки ледени покривачи омогућавају пролаз светлости штитећи доњу страну од краткотрајних временских екстрема, попут ветра. Ово ствара заштићено окружење за колоније бактерија и алги. Када се морска вода смрзне, лед је прожет каналима испуњеним сланом водом који одржавају симпагичне организме као што су бактерије, алге, копеподи и анелиди, који заузврат обезбеђују храну за животиње као што су крил и специјализоване рибе, попут , којом се потом хране веће животиње као што су царски пингвини и минке китови.[17]
Када се лед топи, он апсорбује толико енергије колико би било потребно да се једнака маса воде загреје за 80 °C. Током процеса топљења, температура остаје константна на 0 °C. Током топљења, свака додатна енергија прекида водоничне везе између молекула леда (воде). Енергија постаје доступна за повећање топлотне енергије (температуре) тек након што се прекине довољно водоникових веза да се лед може сматрати течном водом. Количина енергије која се троши при разбијању водоникових веза при прелазу из леда у воду позната је као топлота фузије.
Као и код воде, лед апсорбује светлост на црвеном крају спектра, првенствено као резултат призвука истезања везе кисеоник-водоник (O–H). У поређењу са водом, ова апсорпција се помера ка нешто нижим енергијама. Стога лед изгледа плаво, са нешто зеленијом нијансом од течне воде. Будући да је апсорпција кумулативна, ефекат боје се појачава са повећањем дебљине или ако унутрашње рефлексије доводе до тога да светлост иде дужим путем кроз лед.[18]
Друге боје се могу појавити у присуству нечистоћа које апсорбују светлост, при чему нечистоћа диктира боју, а не сам лед. На пример, ледени брегови који садрже нечистоће (нпр. седименте, алге, мехуриће ваздуха) могу изгледати браон, сиво или зелено.[18]
Remove ads
Remove ads
Wikiwand in your browser!
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Every time you click a link to Wikipedia, Wiktionary or Wikiquote in your browser's search results, it will show the modern Wikiwand interface.
Wikiwand extension is a five stars, simple, with minimum permission required to keep your browsing private, safe and transparent.
Remove ads