Какая может быть температура льда

Лёд: классификация, температура, свойства, применение

Лёд - агрегатное состояние воды

Интересные факты о воде

Лёд – это вода в твердом агрегатном состоянии. Мы часто встречаем его в повседневной жизни: в холодное время лёд сковывает реки и лужи, появляется в виде ледяных узоров на окнах, сосульках на крышах. Мы можем приготовить его в любое время в холодильнике.

Лёд выполняет важную роль на Земле: участвует в круговороте воды в природе, снабжает нашу планету огромным объёмом пресной воды и сдерживает глобальный уровень воды в мировом океане.

Не только вода подвергается замораживанию. Поэтому название «лёд» получили и другие вещества. Например, существует сухой, аммиачный, метановой.

В данной статье мы подробно остановимся на природном кристаллический льде, который получается при замерзании воды. Рассмотрим: уникальные свойства, температуру, плотность, формулу и разновидности льда, которые создаются в лабораторных условиях при разном давлении и температуре.

Что такое лёд

Лёд – (вода в твердом агрегатном состоянии), твердое тело, образующееся из воды при понижении ее температуры до нуля и ниже. Образование происходит в результате кристаллизации – изменения состояния молекулярной решетки. Химическая формула — H2O. Рассмотрим строение молекулы на изображении № 1.

Лёд: классификация, температура, свойства, применение

Кристаллическая структура напоминает структуру алмаза. Каждая молекула Н2О связана с тремя молекулами в своём слое и с одной молекулой соседнего слоя.

Лёд в природе

Изучением природных льдов во всех разновидностях на поверхности Земли, атмосфере, гидросфере, литосфере занимается наука – Гляциология.

Рассмотрим подробнее основные виды льда:

Атмосферный

Образуется в атмосфере и на земной поверхности. Выпадает на Землю в виде осадков: снега, инея, града. Также может образовать ледяные облака и туман.

Ледниковый (глетчерный)

Образуется в результате накопления и его последующего преобразования в ледяную массу. Ледники занимают 11 процентов суши. Наибольшая часть ледников расположены в Антарктиде. Самый известный шельфовый ледник Его площадь превышает 500 тыс. км2, а толщина льда достигает 700 м.

Подземный

Находится в верхней части земной коры. Основная масса находится в Северном полушарии. По подсчетам ученых запасы достигают от 0,3 до 0,5 млн км3

Морской

Образуется в море, океане при замерзании воды. Различают следующие виды:

  • Припай – прикрепленный к берегу или отмели ледяной покров. Его площадь может достигать от несколько метров до тысячи километров.
  • Паковый (многолетний) – морской, толщиной не менее 3 метров.
  • Плавучий (дрейфующий) – это айсберги, обломки льдин.

По форме айсберги бывают столообразные и пирамидальные. Часто достигают гигантских размеров. Площадь гигантов уменьшается прогрессивно по мере их продвижения в более низкие широты.

Космический

Ледяной покров можно встретить в солнечной системе: на планетах, спутниках, кометах.

Температура

На Земле практически весь лёд относится к одному виду, названному «обычный кристаллический» или по-научному — лёд Ih.

Лёд: классификация, температура, свойства, применение

Кристаллический лёд (Ih) образуется при t от 0 °C и ниже, соленая вода замерзает при t 1,9 °C. При нагревании тает и снова превращается в воду.

Существуют другие виды льда, созданные в экспериментальных условиях. Для них соответствует своя температура и давление. Рассмотрим изображении № 3.

Таблица с модификациями льда

Плотность

Уникальные свойства молекулы воды позволяют ей трансформироваться в разные агрегатные состояния: жидкое, твердое, газообразное. Молекула льда, как и жидкой воды, имеет один и тот же состав.

Одна молекула состоит из трех атомов: двух атомов водорода и одного атома кислорода, которые соединены между собой ковалентной связью.

Плотность льда (р-0,917 г/см3), жидкой воды (р-0,9982 г/см3)

Рассмотрим различия в строении молекулы на изображении № 4.

Агрегатные состояния воды

В кристалле льда между молекулами воды остаются пустоты. Объем пустот чуть больше, чем размер отдельной молекулы воды. Поэтому он имеет наименьшую плотность.

Таким образом, образующийся зимой ледяной покров не тонет, а плавает на поверхности воды, так как его плотность меньше плотности жидкой воды.

Иначе все водоемы зимой наполнились бы льдом, и в них не могли бы существовать живые организмы. Большинство других веществ увеличивают свою плотность при замерзании.

Физические свойства льда

  1. Самое известное свойство – способность таять или расплавляться.
  2. Бесцветность и прозрачность. В больших скоплениях пропускает свет и приобретает синеватый оттенок.
  3. Твердость (сохраняет форму).
  4. Плавучесть (плотность меньше чем воды).
  5. Непрочность (хрупкость).
  6. Спайность (раскалывается по кристаллографическим направлениям).
  7. Необычное свойство – большинство растворенных в воде примесей не передается льду, когда он начинает расти; они вымораживаются.

Виды и фазы

В настоящее время науке известны следующие разновидности и фазы. Подробная информация предоставлена на изображении № 3.

Разновидности и фазы льда

Получение

В современном мире получение льда – процесс доступный. Достаточно взять любую емкость, наполненную водой, поставить на время в морозилку и получить твердое состояние воды.

Ледяной покров появляется при замерзании воды, при температуре от 0°C и ниже. Замерзание начинается с верхнего слоя. В ней образуются микроскопические ледяные иголочки, которые затем смерзаются между собой.

Применение

Лед имеет широкий спектр применения в разных сферах жизнедеятельности:

  • для очистки питьевой воды;
  • для хранения и охлаждения пищевых продуктов, напитков, медицинских препаратов;
  • для изготовления ледяной гидросмеси;
  • используют, как материал для строительства жилища;
  • для некоторых видов спорта используются катки с искусственным охлаждением;
  • помогает изучить прошлое нашей планеты и явлений космоса;
  • аморфный вид используют в некоторых научных экспериментах, особенно электронной криомикроскопии.

7 интересных фактов

  1. Лед снабжает планету пресной водой и сдерживает глобальный уровень воды в мировом океане
  2. Обладает меньшей плотностью, чем вода. Благодаря этому морские жители продолжают свою жизнедеятельность. Большинство других веществ увеличивают свою плотность при замораживании.
  3. Способен к самоочищению. Замёрзлая, вода вытесняет примеси которые были в ней растворены.
  4. Более 2/3 запасов пресной воды на Земле хранится в ледниках.
  5. Существует не только на Земле. Встречается в солнечной системе, на кометах, других планетах.
  6. В Антарктиде сосредоточено 90% от всех льдов суши.
  7. Общая площадь вечной мерзлоты на Земле — 35 млн км². Грунтовые воды находятся в виде льда, глубина иногда превышает 1000 метров.

Подведём итоги

Лед – одно из уникальных явлений природы на Земле. Он всегда приковывал к себе пристальное внимание. Ученые постоянно проводят исследования в данной области, открывая новые фазы и виды.

Вода на Земле существует в трех агрегатных состояниях: жидком — это ее преимущественное состояние, твердое (лед), газообразное (водяной пар). Благодаря этому происходит круговорот воды в природе и жизнь на Земле.

Свойства льда и безопасность

фото авторафото автора

Для рыболовов-зимников, выходящих на лед разных по типу водоемов, просто необходимо знать и понимать, какие условия эволюции ледового покрова определяют безопасность или невозможность нахождения на нем. При этом главной характеристикой льда будет его прочность, которая является величиной непостоянной, сильно зависящей от вида и структуры льда, его температуры и толщины.

Бывает, начало зимы сопровождается частыми оттепелями с осадками в виде дождя или мокрого снега. Тогда ледовый покров намерзает поэтапно в морозные промежутки между циклонами. При этом его толщина прирастает как снизу – за счет кристаллизации поверхностной воды водоема, так и сверху – из-за смерзания снежно-водяной «каши», возникшей поверх льда во время очередного ненастья. Такой лед получается мутным, многослойным. Следует иметь в виду, что он примерно в два раза слабее (выдерживает в два раза меньшую статическую нагрузку) льда, прозрачного как стекло. Поэтому выходить на белесый, непрозрачный ледовый покров безопасно, когда он достигнет толщины более 10 сантиметров, да еще при условии отрицательной температуры воздуха. Это важно знать по той причине, что рыболовы, как правило, стремятся на участки с подобным льдом, так как здесь в условиях пониженной освещенности обычно скапливается рыба и клюет она в таких местах гораздо лучше.

Как уже сказано, наиболее прочен чистый, прозрачный лед. Это кристаллический монолит, образовавшийся от замерзания переохлажденного верхнего слоя воды. Однако ловить рыбу с такого льда имеет смысл лишь над большой глубиной, куда доходит мало света и рыба не пуглива. Поэтому безопасным он будет при достижении толщины не менее 5 сантиметров – лишь в этом случае лед надежно выдерживает одного человека, а вот группами на нем собираться нельзя.

Читайте также  Какое расстояние должно быть между газовой плитой и холодильником

Прочность ледового покрова линейно увеличивается с ростом его толщины и с понижением температуры. Но тут надо представлять, что температура льда по толщине различна: вверху она равна атмосферной, а внизу – соответствует точке замерзания воды, то есть около ноля градусов. А поскольку температурный коэффициент линейного расширения льда огромен (например, в пять раз больше, чем у железа) и многие, наверное, видели, как разрываются прочные сосуды с замерзшей водой, то становится понятно, что аналогичные процессы неизбежны и со льдом на водоеме: по мере роста его толщины имеющие разную температуру слои испытывают расширяющую нагрузку как поперечного, так и продольного направления. Именно поэтому при резких потеплениях или похолоданиях лед на водоемах лопается с оглушительным грохотом и по нему разбегаются длинные трещины. Кроме того, на огромных акваториях озер и водохранилищ эти трещины, с одной стороны, вызывают образование ледовых торосов, а с другой (для компенсации) – широкие разводья, в которые можно запросто угодить, особенно после укрывающих открытую воду снегопадов.

Можно подумать, что трещины на ледовой поверхности образуются бессистемно, хаотично. Однако не все так просто, если вспомнить механизм льдообразования: в начале зимы, когда лед еще не везде одинаков по толщине, напряжения локализуются в узких зонах стыковки толстого и тонкого ледового покрова, то есть там, где мелководье резко переходит на глубину. Опытные рыболовы знают, что донные свалы, где часто держится рыба, следует искать по старым и широким, идущим обычно параллельно основному руслу трещинам. При этом глубокая сторона водоема будет определяться по близко располагающейся к обычно крутому берегу трещине, и наоборот.

Чтобы представлять, какой лед может ожидать на водоеме в начале зимы, следует знать, что его прирост в течение суток сильно зависит от температуры воздуха и уже имеющейся толщины. Это выглядит примерно так: если лед был уже около 10 сантиметров, то за следующие сутки он прибавит 4 см при морозе минус 5; 6 см – при морозе 10; 8 см – при минус 15; 9 см – при минус 20. Но если исходная толщина льда составляет, допустим, 20-30 см, то суточный прирост при тех же температурах уменьшится примерно в 3-4 раза – точнее сказать нельзя, поскольку на это влияет и качество воды.

Конечно, идеальную картину намерзания льда сильно меняет толщина имеющегося на нем снежного покрова, который выполняет как бы роль шубы. Известно, что теплопроводность (холодопроводность) снега до 30 раз меньше, чем у льда (многое зависит еще от плотности снега), поэтому при снегопадах в зависимости от их интенсивности надо вносить в расчеты соответствующую поправку.

Важно понимать по виду первого, непрочного льда, как он реагирует на нагрузку. Рыболовы с опытом говорят, что молодой лед не обманет, не подведет, а вовремя сообщит об опасности громким треском и видом трещин. Приложенная к тонкому льду нагрузка (рыболов на льду) вызывает его прогиб (деформацию) в виде чаши. При малом грузе деформация носит упругий характер, а чаша расширяется симметрично по периметру. Если нагрузка будет выше предела упругости, то начнется пластическая деформация льда и чаша прогиба станет быстрее увеличиваться в глубину, чем в ширину – это начало разрушения льда. В количественном выражении это будет выглядеть так. Для наиболее прочного прозрачного льда центральный прогиб его на глубину в 5 см трещин не вызовет; прогиб в 9 см ведет к усиленному образованию трещин; прогиб в 12 см вызывает сквозное растрескивание; при 15 см лед проваливается.

Под действием нагрузки трещины во льду возникают как радиальные – исходящие от точки приложения, так и концентрические – вокруг этой точки. Радиальные трещины лишь предупреждают о недостаточной прочности льда, что требует предельной осторожности на нем. Но если к радиальным трещинам добавляется концентрическое растрескивание, сопровождаемое характерным скрипящим звуком, нужно скользящим шагом немедленно покинуть опасный участок, в особо критической ситуации лучше лечь на лед, чтобы увеличить площадь распределения веса по поверхности, и отползти в обратном направлении. Нужно знать и другие правила поведения на тонком льду:

– ни в коем случае не ходить по нему гуськом, иначе радиальные трещины на тропе быстро прирастут концентрическими;

– не отправляться на рыбалку в одиночку;

– проверять каждый шаг на льду остроконечной пешней, но не бить ею лед перед собой – лучше сбоку;

– не подходить к другим рыболовам ближе чем на 3 метра;

– не приближаться к местам, где в лед вмерзли коряги, водоросли, воздушные пузыри;

– не ходить рядом со свежей трещиной или по участку льда, отделенному от основного массива несколькими трещинами;

– быстро покинуть опасное место, если из проделанной лунки начинает бить фонтаном вода;

– обязательно иметь средства страховки и спасения (шнур с грузом на конце, длинную жердь, широкую доску);

Свойства льда для его модификаций

Здравствуйте, Олег, я студент второго курса Кузбасского государственного технического института, занимаюсь научной работой. И передо мной встала проблема: я не могу нигде найти свойства льда для всех его модификаций (уд. теплота плавления, уд. сопротивление, скорость распространения поперечных и продольных звуковых волн, коэф. поглощения этих волн, склонность к трещинообразованим, а также механические свойства). Не могли бы Вы «подкинуть» мне известную вам информацию по данным вопросам, за что я буду вам искренне благодарен.

К сожалению такой полной информации по физико-механическим свойствам я не располагаю, поскольку я специально не занимался изучением льда и его свойств. Всё что мне известно по данной тематике, привожу ниже:

В природе известны 14 модификаций льда. Правда, все, кроме привычного нам льда, кристаллизующего в гексагональной сингонии и обозначающегося как лёд I , образуются в условиях экзотических — при очень низких температурах (порядка -110150 0 С) и высоких давлениях, когда углы водородных связей в молекуле воды изменяются и образуются системы, отличные от гексагональной. Такие условия напоминают космические и не встречаются на Земле. Например, при температуре ниже –110 °С водяные пары выпадают на металлической пластине в виде октаэдров и кубиков размером в несколько нанометров — это так называемый кубический лед. Если температура чуть выше –110 °С, а концентрация пара очень мала, на пластине формируется слой исключительно плотного аморфного льда.

Некоторые данные о структурных модификациях льда, температуре, давлении, плотности и диалектрической проницаемости показаны в Таблице 1 и Таблице 2.

Табл. 1. — Некоторые данные о структурах модификаций льда

Модифи
кация

Фёдоровская группа

Длины водородных связей,

Углы О—О—О в тетраэдрах

Im3m

Im3m

Примечание. 1 A=10 -10 м.

Табл. 2. — Температура, давление, плотность и диэлектрическая проницаемость различных льдов

Модификация

Давление, Мн/м 2

Плотность, г/см 2

Диэлектрическая проницаемость

Кристаллы всех модификаций льда построены из молекул воды H2O, соединённых водородными связями в трёхмерный каркас (рис. 1). Молекулу воды можно упрощенно представить себе в виде тетраэдра (пирамиды с треугольным основанием). В её центре находится атом кислорода, в двух вершинах — по атому водорода, электроны которых задействованы в образовании ковалентной связи с кислородом. Две оставшиеся вершины занимают пары валентных электронов кислорода, которые не участвуют в образовании внутримолекулярных связей, поэтому их называют неподеленными.

Рис.1. Структура льда I.

Наиболее изученным является лёд I-й природной модификации. В структуре льда каждая молекула воды участвует в 4 связях, направленных к вершинам тетраэдра. При взаимодействии протона одной молекулы с парой неподеленных электронов кислорода другой молекулы возникает водородная связь, менее сильная, чем связь внутримолекулярная, но достаточно могущественная, чтобы удерживать рядом соседние молекулы воды. Каждая молекула может одновременно образовывать четыре водородные связи с другими молекулами под строго определенными углами, равными 109°28′, направленных к вершинам тетраэдра, которые не позволяют при замерзании создавать плотную структуру. При этом в структурах льда I, Ic, VII и VIII этот тетраэдр правильный. В структурах льда II, III, V и VI тетраэдры заметно искажены. В структурах льда VI, VII и VIII можно выделить 2 взаимоперекрещивающиеся системы водородных связей. Этот невидимый каркас из водородных связей располагает молекулы в виде сетчатой сетки, по структуре напоминающей соты с полыми каналами. Если лед нагреть, сетчатая структура разрушится: молекулы воды начинают проваливаться в пустоты сетки, приводя к более плотной структуре жидкости, — поэтому вода тяжелее льда.

Читайте также  Сколько должно быть в морозилке

Многое в структуре льда и его свойствах выглядит необычно. В узлах кристаллической решетки льда атомы кислорода выстроены упорядоченно, образуя правильные шестиугольники, а атомы водорода занимают самые разные положения вдоль связей. Поэтому возможны 6 эквивалентных ориентаций молекул воды относительно их соседей. Часть из них исключается, поскольку нахождение одновременно 2 протонов на одной водородной связи маловероятно, но остаётся достаточная неопределённость в ориентации молекул воды. Такое поведение атомов нетипично, поскольку в твердом веществе все подчиняются одному закону: либо все атомы расположены упорядоченно, и тогда это — кристалл, либо случайно, и тогда это — аморфное вещество. Такая необычная структура может реализоваться в большинстве модификаций льда — I, III, V, VI и VII (и по-видимому в Ic), а в структуре льда II, VIII и IX молекулы воды ориентационно упорядочены. По выражению Дж. Бернала лёд кристалличен в отношении атомов кислорода и стеклообразен в отношении атомов водорода.

Всё же обычный лёд, который образуется при атмосферном давлении и плавится при 0 °С, — самое привычное, но всё же до конца не понятное вещество. В связи с широким распространением воды и льда на Земле отличие свойств льда от свойств других веществ играет важную роль в природных процессах. Вследствие меньшей, чем у воды, плотности лёд образует на поверхности воды плавучий покров, предохраняющий реки и водоёмы от донного замерзания. Зависимость между скоростью течения и напряжением у поликристаллического льда гиперболическая; при приближённом описании её степенным уравнением показатель степени увеличивается по мере роста напряжения.

Кроме того, скорость течения льда прямо пропорциональна энергии активации и обратно пропорциональна абсолютной температуре, так что с понижением температуры лёд приближается по своим свойствам к абсолютно твёрдому телу. В среднем при близкой к таянию температуре текучесть льда в 10 6 раз выше, чем у горных пород. Благодаря своей текучести лёд не накопляется в одном месте, а в виде ледников постоянно перемещается.

Лед трудно расплавить, как бы ни странно это звучало. Не будь водородных связей, сцепляющих молекулы воды, он плавился бы при –90°С. При этом, замерзая, вода не уменьшается в объеме, как это происходит с большинством известных веществ, а увеличивается — за счет образования сетчатой структуры льда.

Вследствие очень высокой отражательной способности льда (0,45) и снега (до 0,95) покрытая ими площадь — в среднем за год около 72 млн. км 2 в высоких и средних широтах обоих полушарий — получает солнечного тепла на 65% меньше нормы и является мощным источником охлаждения земной поверхности, чем в значительной мере обусловлена современная широтная климатическая зональность. Летом в полярных областях солнечная радиация больше, чем в экваториальном поясе, тем не менее температура остаётся низкой, т. к. значительная часть поглощаемого тепла затрачивается на таяние льда, имеющего очень высокую теплоту таяния.

К другим необычным свойствам льда относят и генерацию электромагнитного излучения его растущими кристаллами. Известно, что большинство растворенных в воде примесей не передается льду, когда он начинает расти; они вымораживается. Поэтому даже на самой грязной луже пленка льда чистая и прозрачная. При этом примеси скапливаются на границе твердой и жидкой сред, в виде двух слоев электрических зарядов разного знака, которые вызывают значительную разность потенциалов. Заряженный слой примесей перемещается вместе с нижней границей молодого льда и излучает электромагнитные волны. Благодаря этому процесс кристаллизации можно наблюдать в деталях. Так, кристалл, растущий в длину в виде иголки, излучает иначе, чем покрывающийся боковыми отростками, а излучение растущих зерен отличается от того, что возникает, когда кристаллы трескаются. По форме, последовательности, частоте и амплитуде импульсов излучения можно определить, с какой скоростью замерзает лед и какая при этом получается ледовая структура.

Табл. 3. — Некоторые свойства льда I

Теплоемкость, кал/(г··°C) Теплота таяния, кал/г Теплота парообразования, кал/г

Как получить лёд температурой +151°C


Структура четырёхугольного, пятиугольного и семиугольного нанольда внутри однослойной нанотрубки. Синие и красные шары соответствуют атомам кислорода и водорода. Источник: результаты моделирования 2008 года

Необычные свойства воды давно являются объектом пристального изучения учёных. Десять лет назад выяснилось, что внутри нанотрубок диаметром менее 2,5 нм вода не замерзает, а продолжает течь даже при температурах, близких к абсолютном нулю (−273,15°C). Странности на этом не заканчиваются.

Фазовые переходы воды со сменой агрегатного состояния внутри углеродных нанотрубок явно не вписываются в стандартную теорию термодинамики. Это касается не только точки замерзания, но и точки кипения. Как известно, при нормальном атмосферном давлении температура кипения воды составляет около 100°C. При увеличении давления в ёмкости температура кипения увеличивается — этот принцип используют скороварки, чтобы быстрее приготовить пищу. И наоборот, температуру кипения воды можно снизить, уменьшив давление. Например, в горах на высоте 5 км приготовить некоторые продукты в принципе невозможно, потому что там температура кипения воды составляет всего лишь 83°C из-за пониженного атмосферного давления.

Учёным известно также, что температура фазовых переходов воды зависит также от формы и размера сосуда. При неизменности давления с помощью объёма сосуда можно сдвинуть точку кипения или точку замерзания примерно на 10°C. Но в углеродных нанотрубках всё становится с ног на голову. Как уже упоминалось, вода сохраняет там жидкое состояние при температурах, близких к абсолютному нулю. Сейчас учёные из Массачусетского технологического института (МТИ) подробно исследовали ещё один интересный феномен — фазовый переход в твёрдое состояние (ледяные нанотрубки) при высокой температуре, когда в нормальных условиях вода должна испаряться.

Этот феномен обнаружен в 2001 году группой японских и американских учёных. Ледяные нанотрубки представляют особенный интерес, потому что они образуются при высокой температуре и могут быть использованы в различных электронных наноустройствах, в том числе в газовых нанотурбинах, нанодатчиках потока и высокопоточных мембранах. Более того, способность воды замерзать в ледяные нанотрубки при температурах гораздо выше 0°C делает возможным использование ледяных нанотрубок в системах теплообмена. Были получены экспериментальные подтверждения такого использования, но до сих пор не были известны и изучены точные размеры и параметры углеродных нанотрубок, которые необходимы для затвердения воды при комнатной температуре и выше.

До настоящего времени большинство экспериментов с фазовым переходом воды в углеродных нанотрубках были ограничены симуляциями молекулярной динамики на компьютере, а не реальными физическими опытами. В результате симуляции выяснилось, что свойства воды сильно зависят от диаметра углеродной нанотрубки. Например, в порах диаметром 0,8−1,0 нм вода хорошо стабилизируется в парообразном состоянии, а где-то между диаметрами трубки 1,1 и 1,2 нм симуляции показывают стабилизацию в форме льда, то есть в твёрдом виде. Затем при увеличении диаметра свыше 1,4 нм опять наступает стабилизация в жидкой форме. Всё это очень интересно — и поэтому в МТИ разработали методологию физических опытов для проверки свойств воды в углеродных нанотрубках диаметром от 1,05 до 1,52 нм с одиночными и двойными стенками. Авторы эксперимента также разработали технику мониторинга воды в нанотрубках с помощью рамановской спектроскопии (радиальные колебания, RBM).


Экспериментальная установка для выращивания нанотрубок и заполнения их водой (почему гидрофобные нанотрубки пропускают внутрь воду — учёные тоже не до конца понимают); компьютерные модели однослойных и двухслойных нанотрубок для эксперимента; результаты рамановской спектроскопии

Эксперименты показали, что на некоторых диаметрах нанотрубок вода переходит в твёрдое агрегатное состояние при температурах выше 100°C. Максимально зарегистрированная температура фазового перехода составляет от 105°C до 151°C (точнее измерить не удалось) с диаметром однослойной нанотрубки 1,05 нм. Это гораздо выше параметров, которые предсказывала теория. В некоторых случаях реальная точка замерзания оказалась почти на 100°C выше, чем предсказывала теория. Впервые опыты был проведён в реальных лабораторных условиях — как выяснилось, не зря. Никто не ожидал настолько большой разницы в свойствах воды в нанотрубках диаметром 1,05 и 1,06 нм.

Читайте также  Сколько должно быть в холодильнике


Голубой цвет на диаграмме — твёрдое состояние воды, зелёный — жидкое состояние, красный — пустые нанотрубки (dry state)

После прохода через точку замерзания учёные опустили температуру и вернули воду в жидкое состояние, доказав обратимость процесса. В нанотрубках диаметром 1,06 нм лёд таял при температуре 87−117°С, в нанотрубках 1,44 и 1,52 нм точка замерзания находится между 15−49°С и 3−30°С, соответственно.

Нанолёд обладает интересным сочетанием электрических и тепловых свойств. Наличие льда, который не тает при температуре до +151°С, может заинтересовать инженеров и конструкторов. При комнатной температуре такой лёд будет абсолютно стабильным, его вполне можно использовать как провода в электронике и других приборах (вода — один из лучших проводников протонов, известных науке), которые не нагреваются до +151°С, в противном случае этот проводник растает.

Научная работа опубликована 28 ноября 2016 года в журнале Nature Nanotechnology (doi: 10.1038/nnano.2016.254, pdf).

Аллергия на холод: как проявляется и чем лечить? Интервью с аллергологом

Холодовая аллергия чаще встречается у женщин. Причиной может быть сниженный иммунитет или постоянный стресс. Лечить недуг можно, но достаточно сложно. О симптомах болезни и мерах профилактики мы говорим с врачом аллергологом-иммунологом 1 категории Татьяной Новиковой.

Аллергия на холод может проявиться при употреблении холодной пищи

— Ранее холодовую аллергию не признавали, однако наука не стоит на месте. Уже доказано, что аллергические реакции организма могут вызывать не только химические вещества, но и физические факторы. Низкая температура как раз один из них.

Специалист объясняет, что клинические симптомы появляются, как правило, из-за низких температур воздуха и принимаемой пищи, обветриваний, купания в холодной воде. Причины зависят от индивидуальных особенностей организма и проявляются у всех по-разному.

Реакция на холод характерна не только для зимы

— Проявлением холодовой аллергии может быть крапивница — это высыпания на коже в виде мелких или крупных волдырей, которые белеют при надавливании. Они способны исчезать самостоятельно в течение 24 часов, а затем появляться вновь на холоде.. Чаще они покрывают кожу на открытых участках тела. Иногда появляются под одеждой (на бедрах, голенях). Это в том случае, если тело недостаточно укрыто теплой одеждой. Кроме того, могут возникать отеки, холодовой ринит, конъюнктивит. Последние характеризуются обильными слизистыми выделениями из носа, зудом век и слезотечением.

Еще один признак проявления аллергии, по словам доктора, холодовой дерматит. Кожа при этом краснеет и становится сухой. Она шелушится и трескается. Крайнее проявление — холодовая астма и даже анафилактический шок.

Врач отмечает, что холодовая аллергия характерна не только для зимы. Реакция может возникнуть внезапно при контакте с холодной водой (ниже 26 градусов Цельсия). Например, после плавания, душа в бассейне, умывания при отключенной горячей воде.

— Если человек переезжает в страну с теплым климатом, аллергия на холод может исчезнуть. Однако это возможно в случае, когда мы говорим о ней как о самостоятельном заболевании. Существует феномен иммунологической памяти. Если холодная температура опять подействует, симптомы могут вернуться. Душ и бассейн никто не отменяет.

Причиной может быть большое количество стрессов

По словам доктора, важно разделять понятие холодовой аллергии как самостоятельного заболевания и как проявления или симптома другого, более серьезного недуга. Редко, но встречается также аллергия на холод, которая опосредована на генетическом уровне.

— В основном этим недугом страдают взрослые, преимущественно женщины (70%). Возраст — от 25 лет до 40 лет. Причиной болезни у мужчин чаще является работа на открытом воздухе в холодное время года или с использованием холодной воды. В то время как женщины чаще болеют из-за неправильного питания, курения и одежды не по сезону.

Доктор обращает внимание, что если аллергия на холод появляется после 40, это может быть симптомом другой болезни. Вот почему людям средних лет рекомендуется полная диагностика организма на весь онкокомплекс.

— Девушки часто носят зимой тонкие колготы и платья с открытыми предплечьями. В сочетании с ослабленным иммунитетом и индивидуальными особенностями это может спровоцировать холодовую аллергию. Лучше не злоупотреблять зимой короткими курками и майками, брюками с заниженной талией.

Еще одна причина ослабления иммунитета и, как следствие, развития аллергии на холод в том, что большинство слишком много времени проводит за компьютером. Прогулки на свежем воздухе, наоборот, редкость. Иммунитет ослабляется.

— Снижение иммунитета и, как следствие, появление холодовой аллергии может случиться и по другим причинам. Например, из-за длительного приема антибиотиков, наличия хронических заболеваний (тонзиллит, синусит, гайморит, кариес, инфекции), паразитарных инфекций, проблем с ЖКТ, эндокринных заболеваний и онкологических проблем.

Диагностика дает полную картину заболевания

Выявить аллергию, по словам врача, несложно. Есть так называемый Дункан-тест, или холодовая экспозиционная проба. Она заключается в том, что на предплечье через салфетку прикладывается кусочек льда на 3-5 минут. После этого руку необходимо держать открытой в течение 10-15 минут. Если через 15 минут в месте прикосновения льда не останется следов на коже — все нормально. При положительной пробе в месте контакта со льдом или вокруг на предплечье появляются волдырная сыпь и отек кожи.

— Еще один вариант — провокационная проба. Провокация заключается в том, что для выявления крапивницы не принимаются меры предосторожности. Для этого годится выполнение на холоде физических упражнений, пребывание в холодной комнате, опускание предплечья в холодную воду.

Татьяна Новикова отмечает, что для выявления холодовой крапивницы и назначения грамотного лечения важна лабораторная диагностика.

— При помощи специальных тестов определяются уровни общего иммуноглобулина Е, криоглобулинов и криофибриногенов. Если уровень высокий, речь идет о более тяжелой реакции, следовательно, лечение будет более длительным и интенсивным. Кроме того, не помешает сдать общий и биохимический анализы крови, выполнить иммунограмму.

Эти пробы, как говорит доктор, позволяют врачу поставить диагноз и определить, у человека проблемы с едой или с воздействием низких температур.

Профилактические меры

Аллерголог-иммунолог отмечает, что одеваться нужно по сезону. Нельзя забывать перчатки, шарф и шапку. Тем, у кого есть проблема, рекомендуется ограничить продукты, которые повышают уровень гистамина в крови. К ним относятся: кофе, шоколад, цитрусовые, красители, консерванты, ароматизаторы и специи.

— Кроме того, при подтверждении диагноза рекомендую дозированное закаливание. Лучше проводить обливания стоп, голеней, кистей, предплечий постепенно, доходя до обливаний всего тела. Температура воды при этом должна постепенно понижаться с 36 градусов (на 1-2 градуса каждые 3-5 дней) до 10 градусов с обязательным последующим растиранием кожи. Если на каком-то этапе появляется холодовая крапивница, температуру воды следует повысить на 5 градусов и, после купирования симптомов, продолжить тренировки, понижая температуру воды для обливаний еще медленнее (на 1 градус в 5-7 дней).

Чаще это удается тем, кто борется с основной болезнью, где холодовая аллергия вторична и лишь симптом основного недуга. Вылечил болезнь — и признаки холодовой аллергии также больше не появляются.

— В тяжелых случаях речь чаще всего идет о приеме антигистаминных препаратов второго поколения от 3 до 5 месяцев в холодный сезон. Если появляются вопросы, лучше не тянуть, а идти к врачу-аллергологу или терапевту.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: