Просмотр кода страницы Лёд III

[[Файл:Water phase diagram.gif|thumb|[[Фазовая диаграмма воды]]]]
'''Лёд III''' — [[Тетрагональная сингония|тетрагональная]] кристаллическая разновидность водного [[лёд|льда]]. Можно получить при охлаждении [[Вода|воды]] до −23 °C (250 [[Кельвин|K]]) и давлении 300 [[МПа]]. Его плотность больше, чем у воды, но он наименее плотный из всех разновидностей льда в зоне высоких давлений (1,16 г/см³ при давлении 350 [[МПа]]). Плотность жидкой фазы при том же давлении около 1,12 г/см³.

При давлении 350 МПа [[плотность]] льда III составляет 1,16 г/см³. Статическая [[Относительная диэлектрическая проницаемость|диэлектрическая проницаемость]] льда III равна 117.

Обычный водный лёд относится по номенклатуре [[Бриджмен, Перси Уильямс|Бриджмена]] ко [[Лёд Ih|льду I<sub>h</sub>]]. В лабораторных условиях (при разных температурах и давлениях) были созданы разные [[Лёд#Фазы льда|модификации льда]]: от [[Лёд II|льда II]] до [[Лёд XIX|льда XIX]].

== История открытия ==
[[Файл:Water phase diagram 2.gif|thumb|278px|Лёд III на фазовой диаграмме воды]]
Впервые модификации льда высокого давления были обнаружены [[Бриджмен, Перси Уильямс|Бриджменом]], который в [[1912 год]]у построил фазовую диаграмму воды. Исследуя воду при различных температурах и давлениях, он кроме обычного льда выявил ещё 6 его структурных модификаций, которые обозначил как [[лёд II]] — [[лёд VII]]<ref name="ice3-Kamb" />.

Вплоть до 1960-х годов кристаллическая структура модификаций льда не была ясна. В [[1960 год]]у Б. Кэмб (Barclay Camb) и Датта (Datta) при помощи рентгеноструктурного анализа выявили у льда III [[Тетрагональная сингония|тетрагональную симметрию]], схожую кристаллической структурой у [[Диоксид кремния|окисью кремния]] SiO<sub>2</sub>.

== Получение ==
Лёд III — наиболее просто получаемый и доступный для исследований лёд высокого давления. Может быть получен из обыкновенного льда при температуре −22 °C (температура тройной точки лёд Ih — лёд III — вода) путём повышения давления до 210 МПа<ref name="ice3-Kamb">{{статья
|автор        = Kamb, B. and Prakash, A.
|заглавие     = Structure of ice III
|ссылка       = https://dx.doi.org/10.1107/S0567740868004231
|издание      = Acta Crystallographica Section B
|тип          = 
|место        = 
|издательство = 
|год          = 1968
|volume       = 24
|номер        = 10
|pages        = 1317—1327
}}</ref>.

Возможно также получение льда III из воды при давлении 210—350 МПа при медленном (около 0,5&nbsp;°C/мин) охлаждении её до температуры ниже тройной точки (−22 °C).

Для проведения исследований лёд III после выдержки в течение получаса при −40 °C быстро охлаждают жидким азотом до температуры ниже −175 °C. При этой температуре лёд III метастабилен, он сохраняет свою структуру при снижении давления до атмосферного, хотя на фазовой диаграмме эти давления и температуры соответствуют льду II (выше 200 МПа) и обычному льду (ниже 200 МПа).

Лёд III неустойчив к воздействию рентгеновских лучей и быстро разрушается при высокой интенсивности облучения, что создаёт трудности для [[Рентгеноструктурный анализ|рентгеноструктурного анализа]].

== Физические свойства ==
[[Файл:Лёд III.jpg|мини|278x278пкс|Структура льда III]]
=== Кристаллическая структура ===
Лёд III имеет тетрагональную кристаллическую решётку (P4<sub>1</sub>2<sub>1</sub>2).
При атмосферном давлении и температуре −175 °C параметры решётки составляют
a = 6,73 ± 0,01 Å и c = 6,83 ± 0,01 Å, средняя длина водородных связей 2,775 Å<ref name="ice3-Kamb" />.

В отличие от правильной тетрагональной решётки, лёд III имеет нарушенную кристаллическую структуру. В среднем каждая молекула имеет 3,2 связанных водородными связями соседей вместо 4, однако имеются ещё 2—3 не связанных водородными связями соседних молекул на расстоянии около 3,6 Å.


=== Тройные точки фазовой диаграммы ===
В таблице приведены значения давления и температуры в [[Тройная точка|тройных точках]] для обычной и тяжёлой воды<ref>{{cite web|url=http://www1.lsbu.ac.uk/water/phase.html|title=Water Phase Diagram|accessdate=2010-01-27|author=Chaplin, Martin.|date=2009-08-11|work=Water Structure and Science|archiveurl=https://www.webcitation.org/66SsaZ8nU?url=http://www.lsbu.ac.uk/water/phase.html|archivedate=2012-03-27|deadlink=no}}</ref>.

{| class="wikitable"
|-
! colspan=3 rowspan=2|Фазы
! colspan=2 | H<sub>2</sub>O
! colspan=2 | D<sub>2</sub>O
|-
! P, МПа
! T, °C
! P, МПа
! T, °C
|- align=center
| III || Ih || Ж || 209,9 || −21,985 || 202 || −18,8
|- align=center
| III || Ih || II || 212,9 || −34,7 || 225 || −31,0
|- align=center
| III || II || V || 344,3 || −24,3 || 347 || −21,5
|- align=center
| III || V || Ж || 350,1 || −16,986 || 348 || −14,5
|}

=== Температура плавления ===

В работе<ref name="iapws">[http://www.iapws.org/relguide/meltsub.pdf IAPWS, Release on the pressure along the melting and the sublimation curves of ordinary water substance] {{Wayback|url=http://www.iapws.org/relguide/meltsub.pdf |date=20081006141126 }}, (1993); P. W. Bridgman, Water, in the liquid and five solid forms, under pressure, Proc. Am. Acad. Arts Sci. 47 (1912) 439—558.</ref> приводятся математические модели зависимости температуры плавления различных модификаций льда от давления. Плавление льда III происходит в диапазоне температур 251,165 К (−21,985 °C) — 256,164 K (−16,986 °C) при этом измеренные значения давления с ошибкой ±3 % меняется от 209,9 до 350,1 МПа. С целью согласования между собой моделей плавления льда Ih и льда III, для тройной точки III—Ih—Жидкость принято давление 258,566 МПа (отклонение от экспериментального значения 0,64 %). При этом допущении зависимость давления от температуры на линии плавления выражается следующей формулой:

: <math>P = 146 + 62,56  \left( \frac{T}{251,165}\right)^{60}.</math>

 {{Hider|
  title = Оригинальная формула |
  hidden = 1 |
  title-style = text-align: left; |
  content-style = text-align: left; |
  content =
В оригинальной статье формула приводится в виде

:<math>\ \pi = 1 - 0,299948(1-\theta ^{60}),</math>

где

:<math>\ \pi = \frac{P}{208,566};</math>

:<math>\ \theta = \frac{T}{251,165}.</math>
}}

Для экспериментального значения в тройной точке (P = 209,9 МПа), формула принимает вид

<math>
P = 147,93 + 61,97 \left( \frac{T}{251,165}\right)^{60}.
</math>

Из последней формулы получаем следующую зависимость температуры плавления от давления:

<math>T = 251,165 \left( \frac{P-147,93}{61,97}\right)^\frac{1}{60},</math>

где 209,9 < P < 350,1 МПа.

Во всех формулах температура измеряется в К, давление — в МПа.

== Примечания ==
{{примечания}}

== Ссылки ==
{{Навигация
|Портал = Гидрология
|Викисловарь =Лёд
|Викиучебник =
|Викицитатник = 
|Викитека = 
|Викивиды =
|Викиновости =
|Метавики =
}}
* {{cite web|url=http://www.lsbu.ac.uk/water/ice_iii.html|title=Ice-three (Ice III)|accessdate=2009-02-27|author=Chaplin, Martin.|date=2008-06-23|work=Water Structure and Science|archiveurl=https://www.webcitation.org/66SsbHJNe?url=http://www.lsbu.ac.uk/water/ice_iii.html|archivedate=2012-03-27|deadlink=no}}

{{Фазы льда}}
{{Снег и лёд}}

[[Категория:Лёд|*03]]
[[Категория:Гидрология]]
[[Категория:Гляциология]]
[[Категория:Минералы по алфавиту]]