Jūs esate čia: Pradžia » Visos temos » Mokslas » Įdomusis mokslas

Ledo stebuklai: kaip ledą paversti... metalu?

2014-01-15

(3)

(3)

(110)

Rūšis:	Standartinė publikacija

Vanduo ir šaltis gali būti galingas destrukcijos tandemas, kurio jėgos paslaptis – vanduo virsdamas į ledą, plečiasi. Ir ardo visa, kas trukdo jam plėstis. Taip atsiranda duobės gatvėse, pradeda trupėti betoniniai laiptai ir pan. Bet jei vandens pripiltume į labai tvirtos medžiagos konteinerį, kuris neleistų ledui plėstis, o tada vandenį užšaldytume, prasidėtų įdomūs dalykai.

Prisijunk prie technologijos.lt komandos!

Laisvas grafikas, uždarbis, daug įdomių veiklų. Patirtis nebūtina, reikia tik entuziazmo.

Sudomino? Užpildyk šią anketą!

Taip, vanduo virstų į ledą, bet toks įkalintas ir plėstis negalintis ledas būtų visiškai kitoks nei mums žinomas ledas. Ir tai – tik viena iš keliolikos vandens ledo rūšių.

Mokslui šiandien žinoma 15 kieto vandens būvio (t.y., ledo) rūšių. Visos jos skiriasi tankiu ir vidine struktūra. Mums visiems žinoma ledo forma dar vadinama šešiakampiu ledu (angl. - Hexagonal ice). Jis susiformuoja normaliomis ir pastoviomis sąlygomis. Jei didintume speigą, šešiakampis ledas virstų kubiniu ledu (angl. – Cubic ice). Kaitaliodami aplinkos temperatūrą ir slėgį, sukurtume ledą 2, ledą 3, ledą 4 ir t.t., iki ledo 15.

Kadangi sukurti itin žemos temperatūros ir beprotiškai didelio slėgio sąlygas yra sudėtinga, mokslininkai visas žinomas ledo formas baigė aprašyti tik 2009 m. Didžiąją dalį galutinių ledo formų atrado Oksfordo universiteto Chemijos fakulteto tyrėjai. Tai jiems pirmą kartą pavyko sukurti ledą 12, ledą 14 ir ledą 15.

Paskutinę žmonijai žinomą ledo rūšį ledą 15 chemikams pavyko sukurti ledą 6 atšaldžius iki -143°С, o po to gautą ledokšnį paveikus slėgiu, kuris Žemės atmosferos slėgį viršija 10 tūkst. kartų. Ši galutinė ledo forma (beje, tai irgi yra vanduo) nustebino net ir Oksfordo protus. Niekas nesitikėjo, kad ledas 15 bus antiferoelektriškas.

Bet grįžkime prie įprasto, visiems mums matyto, girdėto, liesto, ragauto ledo ir jo triuškinančios galios, kurią jis įgyja šaldamas ir plėsdamasis. Ši jėga atsiranda dėl unikalios vandens savybės – būdamas kietas, vanduo yra mažesnio tankio, nei būdamas skystas. Šis tankio skirtumas atsiranda dėl vandens molekulių (senos geros H2O molekulės) reagavimo į šaltį ypatumų: jos susibėga į sustingusias šešiakampes struktūras, dėl kurių tarp atomų susidaro maži, bet didžiulės reikšmės turintys erdvės tarpeliai. Kai vanduo skystas, jų nebūna. Kurioziškiausia, kad vanduo tankiausias būna +4°C. Jei ši temperatūra pradės kristi ar kilti, vanduo pradės plėstis.

Kiek jėgos turi besiplečiantis ledas? Ją išmatuoti žmonės mėgina jau seniai. 1784 ir 1785 m. majoras Edvardas Viljamsas (Edward Williams) pasinaudojo Kvebeko provincijos (Kanada) oro privalumais ir mėgino ieškoti ledo "sandėliavimo" metodo. Tiesa, nesėkmingai.

E. Viljamsas mėgino ledą tramdyti artilerijos sviedinių šarvais: į tuščiavidurio geležinio sviedinio vidų pro skylę būdavo pripilama vandens, o skylė užkišama geležies kaiščiu. Tačiau pasiekus kritinę šalčio ribą, kaištis dėl didžiulio slėgio iššaudavo 6 m/s greičiu ir nuskriedavo 140 metrų. Kai E. Viljamsas kaištį įtvirtino taip, kad jis dėl besiplečiančio ledo neiššautų, patrankos sviedinys su ledu viduje paprasčiausiai perskilo perpus.

Vėliau buvo bandyta ledą "sandėliuoti" ne sviedinyje, o geležiniame patrankos vamzdyje, kurio sienelės storis siekė 2,5 cm. Į ledą pavirtęs vanduo trupino ir patrankas. Vėliau akademikai Florencijoje (Italija) šąlantį vandenį sutramdyti mėgino 2,5 cm storio žalvarinio rutulio "marškiniais". Šie irgi "suplyšo". Vėliau buvo išsiaiškinta, kad žalvario rutulį su tokio storio sienelėmis taip sutrupinti būtų pajėgęs ant rutulio uždėtas maždaug 12,5 tonos svorio krovinys.

Įprastas ledas į ledą 2 pavirsta, kai slėgis pasiekia 300 megapaskalių, o tai yra 19,7 tonos į vieną kvadratinį colį. Kitaip tariant, įprasto ledo plėtimąsi sustabdytų tik medžiaga, kuri atlaikytų štai tokį slėgį. Tokiuose "marškiniuose" vanduo nustotų virsti į įprastinį ledą (jo plėtimasis būtų sutramdytas) ir... virstų į ledą 2.

Taigi, jei vandens pripiltume į labai tvirtos medžiagos konteinerį, kuris neleistų ledui plėstis, o tada vandenį užšaldytume, jis vis tiek virstų ledu. Tik jau kitokio tipo.

Ir paskutinis faktas (desertui): teoriškai, jei pavyktų pasiekti 1,55-5,62 terapaskalio slėgį, ledas virstų į metalą.