El hielo es una sustancia sólida que se encuentra en estado de agregación, que tiende a tener forma gaseosa o líquida a temperatura ambiente. Las propiedades del hielo comenzaron a estudiarse hace cientos de años. Hace unos doscientos años, los científicos descubrieron que el agua no es un compuesto simple, sino un elemento químico complejo formado por oxígeno e hidrógeno. Después del descubrimiento, la fórmula del agua comenzó a verse como H2O.
La estructura del hielo
H2O consta de dos átomos de hidrógeno y un átomo de oxígeno. En reposo, el hidrógeno se encuentra en la parte superior del átomo de oxígeno. Los iones de oxígeno e hidrógeno deben ocupar los vértices de un triángulo isósceles: el oxígeno se encuentra en la parte superior de un ángulo recto. Esta estructura del agua se llama dipolo.
El hielo tiene un 11,2% de hidrógeno y el resto es oxígeno. Las propiedades del hielo dependen de su estructura química. A veces contiene formaciones gaseosas o mecánicas -impurezas.
El hielo se encuentra en la naturaleza en forma de unas pocas especies cristalinas que retienen de manera estable su estructura a temperaturas desde cero y por debajo, pero a partir de cero comienza a derretirse.
Estructura cristalina
Las propiedades del hielo, la nieve y el vapor son completamente diferentes y dependen de la estructura de los cristales. En estado sólido, el H2O está rodeado por cuatro moléculas ubicadas en las esquinas del tetraedro. Dado que el número de coordinación es bajo, el hielo puede tener una estructura calada. Esto se refleja en las propiedades del hielo y su densidad.
Formas de hielo
El hielo es una de las sustancias más comunes en la naturaleza. En la Tierra, existen las siguientes variedades:
- río;
- lago;
- marítimo;
- chico;
- negro glacial;
- tierra.
Hay hielo que se forma directamente por sublimación, es decir del estado de vapor. Esta vista adopta una forma esquelética (los llamamos copos de nieve) y agregados de crecimiento dendrítico y esquelético (escarcha, escarcha).
Una de las formas más comunes son las estalactitas, es decir, los carámbanos. Crecen por todo el mundo: en la superficie de la Tierra, en cuevas. Este tipo de hielo se forma por el flujo de gotas de agua a una diferencia de temperatura de unos cero grados en el período otoño-primavera.
Las formaciones en forma de tiras de hielo que aparecen a lo largo de los bordes de los embalses, en el límite del agua y el aire, así como en el borde de los charcos, se denominan bancos de hielo.
El hielo se puede formar en suelos porosos en forma devena.
Propiedades del hielo
La sustancia puede estar en diferentes estados. En base a esto, surge la pregunta: ¿qué propiedad del hielo se manifiesta en un determinado estado?
Los científicos identifican las propiedades físicas y mecánicas. Cada uno de ellos tiene sus propias características.
Propiedades físicas
Las propiedades físicas del hielo incluyen:
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Densidad. En física, un medio no homogéneo se representa por el límite de la relación entre la masa de la sustancia del propio medio y el volumen en el que está encerrado. La densidad del agua, como otras sustancias, es función de la temperatura y la presión. Por lo general, en los cálculos se utiliza una densidad de agua constante, igual a 1000 kg/m3. Un indicador de densidad más preciso se tiene en cuenta solo cuando es necesario hacer cálculos con mucha precisión debido a la importancia del resultado de la diferencia de densidad.
Al calcular la densidad del hielo, se tiene en cuenta qué agua se convirtió en hielo: como saben, la densidad del agua salada es mayor que la del agua destilada.
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Temperatura del agua. Por lo general, la cristalización del agua se produce a una temperatura de cero grados. Los procesos de congelación ocurren en s altos con la liberación de calor. El proceso inverso (fusión) ocurre cuando se absorbe la misma cantidad de calor que se liberó, pero sin s altos, pero de manera gradual.
En la naturaleza, existen condiciones en las que el agua se sobreenfría, pero no se congela. Algunos ríos permanecen líquidos incluso a -2 grados.
- Capacidad calorífica. Esta es la cantidad de calor que se absorbe cuando el cuerpo se calienta por cadagrado. Existe una capacidad calorífica específica, que se caracteriza por la cantidad de calor necesaria para calentar un kilogramo de agua destilada en un grado.
- Compresibilidad. Otra propiedad física de la nieve y el hielo es la compresibilidad, que afecta la disminución de volumen bajo la influencia del aumento de la presión externa. El recíproco se llama elasticidad.
- Fuerza del hielo.
- El color del hielo. Esta propiedad depende de la absorción de la luz y la dispersión de los rayos, así como de la cantidad de impurezas en el agua congelada. El hielo de ríos y lagos sin impurezas extrañas es visible en luz azul pálido. El hielo marino puede ser completamente diferente: azul, verde, azul, blanco, marrón, tiene un tinte acerado. A veces se puede ver hielo negro. Adquiere este color debido a la gran cantidad de minerales y diversas impurezas orgánicas.
Propiedades mecánicas del hielo
Las propiedades mecánicas del hielo y el agua están determinadas por la resistencia al ambiente externo en relación con una unidad de área. Las propiedades mecánicas dependen de la estructura, la salinidad, la temperatura y la porosidad.
El hielo es una formación plástica, viscosa y elástica, pero existen condiciones en las que se vuelve duro y muy quebradizo.
El hielo marino y el agua dulce son diferentes: el primero es mucho más plástico y menos duradero.
Cuando pasan barcos hay que tener en cuenta las propiedades mecánicas del hielo. También es importante al usar caminos de hielo, cruces y más.
El agua, la nieve y el hielo tienenpropiedades similares que definen las características de una sustancia. Pero al mismo tiempo, muchos otros factores influyen en estas lecturas: temperatura ambiente, impurezas en el sólido, así como la composición inicial del líquido. El hielo es una de las sustancias más interesantes de la Tierra.
