Kas ir ledus? Definīcija, sasalšanas punkts (0°C) un izmantošana
Uzzini, kas ir ledus, tā sasalšanas punkts (0°C), izgatavošanas veidi un praktiskā izmantošana ikdienā un zinātnē.
Ledus ir vispārpieņemts saldēta ūdens nosaukums. Arī citus šķidrumus, piemēram, amonjaku, metānu vai pienu, sasalstot var saukt par ledu, bet tos sauc par "piena ledu", nevis vienkārši par "ledu". Šķidrs ūdens kļūst par cietu ledu, kad tas ir ļoti auksts. Sasalšanas punkts ir 0° pēc Celsija (32° pēc Fārenheita jeb 273 kelvīni).
Ledu parasti gatavo mājas ledusskapī vai saldētavā. Ja ūdeni ieliek saldētavā un atstāj uz kādu laiku, ūdens kļūst ļoti auksts un sasalst, veidojot ledu. Lai ūdens ātrāk sasaltu ledū, to var ievietot vara (vai cita metāla) traukā. Metāli ir labi siltuma vadītāji, tāpēc ūdens var sasalt ātrāk nekā plastmasas ledus traukā.
Fizikālās īpašības un struktūra
Lielākā daļa dabiski veidotā ledus pie normāla spiediena ir kristāliska viela, ko sauc par ledus Ih — hexagonālu (sešstūra) režģi. Šī atvērta struktūra padara ledu mazliet mazāk blīvu nekā šķidrs ūdens, tāpēc tas peld uz ūdens virsmas. Ledus blīvums pie 0 °C ir aptuveni 0,9167 g/cm3.
Ledus parādās gan kā caurspīdīgs, gan pienains. Caurspīdīgs ledus veidojas, ja ūdens sasalst lēni un bez daudz gaisa burbuļu, savukārt pienains vai mākonains ledus satur iesprostotus gaisa burbuļus un minerālu daļiņas. Ledus sasalšanas procesā tiek izdalīta latentā siltuma (kušanas siltums), kas ūdenim jāatdod, lai notiktu fāzes maiņa — šī enerģija ir apmēram 334 kJ uz kilogramu ūdens.
Sasalšanas punkts un faktori, kas to ietekmē
Standarta sasalšanas punkts ūdenim ir 0° C, taču šī temperatūra var mainīties atkarībā no apstākļiem:
- Sāļums — sāļu klātbūtne pazemina sasalšanas punktu (piemēram, jūras ūdenim sasalšanas punkts ir zemāks par 0 °C).
- Spiediens — spiediena palielināšanās var nedaudz pazemināt vai pacelt ledus kušanas/sasalšanas temperatūru atkarībā no apstākļiem.
- Superatdzesēšana — tīrs ūdens dažkārt var palikt šķidrs zem 0 °C, ja trūkst kodolu, uz kuriem veidoties ledus kristāliem.
Kā ledus veidojas un dažādas ledus formas
Ledus var veidoties kondensācijas un sasalšanas ceļā, piemēram, uz saliem objektiem vai kā migla un rasas pārveidošanās. Dabā ledus veidojas dažādos veidos: sniegs, ledus lāstekas, sarma, ledāji un jūras ledus. Ir arī vairākas starpkristāliskās ledus formas (polimorfi), kas rodas ekstremālos spiediena un temperatūras apstākļos (ledus II, III, V u.c.), taču ikdienā sastopamā forma ir ledus Ih.
Praktiskā izmantošana
Ledum ir daudzi praktiski pielietojumi:
- Atdzesēšana un pārtikas konservēšana (ledusskapji, ledus kravas pārvadājumiem).
- Medicīnā — aukstuma terapija, ledus kompreses.
- Sportā un atpūtā — slidotavas, slēpošana, hokejs, ledus skulptūras un izklaide.
- Industriāli — dzesēšanas procesi, noteiktas ķīmiskās pārstrādes un laboratorijas eksperimenti.
- Infrastruktūra — uz jūras ledus var veidot ledus ceļus vai platformas, bet jūras ledus ir svarīgs klimatam un ekosistēmai.
Ledus dabā un drošības norādījumi
Ledāji, sniegs un jūras ledus ietekmē klimatu, hidrologiju un dzīvotnes. Ledus kušana paātrina jūras līmeņa celšanos, savukārt sezonāla apledojuma maiņa ietekmē infrastruktūru un satiksmi.
Drošības ziņā jāņem vērā, ka ledus biezums un nestspēja var ļoti atšķirties atkarībā no temperatūras, ūdens straumēm un sāļuma. Pirms doties uz ledus, jāņem vērā vietējie drošības ieteikumi un jāpārbauda ledus biezums — īpaši uz saldūdens ezeriem un upēm. Uz ledus nekad jāuzvedas pārlieku vieglprātīgi, un jālieto piemēroti drošības līdzekļi (pavadītāji, drošības virves, ledus naglas utt.).
Interesanti fakti
- Ledus ir labs siltuma izolators, ja tam piemīt poraina vai vaļīga struktūra (piemēram, sniegs), tāpēc sniega sega aizsargā augsni un augus no lielākas aukstuma iedarbības.
- Daudzi dzīvnieki un cilvēki izmanto ledus un sniegu kā resursus — no piekļuves saldētiem ūdens krājumiem līdz ziemas izklaidēm.
Ledus grozā
Ledus kristāli uz stikla
Kā veidojas ledus
Atšķirībā no citiem šķidrumiem ūdens sasalstot izplešas un kļūst par ledu, tāpēc ledus peld uz ūdens, jo ledus blīvums ir mazāks nekā ūdens. Tas ir ļoti neparasti - gandrīz visi citi šķidrumi, atdziestot kļūst blīvāki; tomēr ūdens ledus ir būtisks izņēmums. Šķidrs ūdens, kļūstot par ledu, izplešas par aptuveni 9 % - tas aizņem vairāk vietas. Tas ir tāpēc, ka ūdens molekulas patiesībā atrodas tālāk viena no otras, nevis tuvāk viena otrai. Ledus kristāla molekulas ir izkārtotas tā, ka to blīvums ir mazāks nekā šķidrā ūdenī.Ja ūdens santehnikā aizsalst, var plīst ūdensvads. Ūdens stikla pudelēs, tām sasalstot, var eksplodēt. Ūdens, kas sasalst iežu plaisās, var pietiekami izplesties, lai sašķeltu cietos iežus; tas ir svarīgs ģeoloģisks atmosfēras veidošanās process, kas var noārdīt kalnus un pārvērst iežus augsnē.
Kad materiāli tiek atdzesēti, to molekulas mazāk vibrē un sablīvējas. Kad lielākā daļa materiālu sasniedz temperatūru, ko sauc par sasalšanas temperatūru, molekulas veido kristālisku cietu vielu - lai gan daži materiāli (piemēram, stikls un darva) nekristalizējas vispār, bet veido ļoti stingrus šķidrumus, kas šķietami ir cieti. Tikai hēlijs nesasalst; visas pārējās vielas sasalst, ja ir pietiekami auksti, bet tādi šķidrumi kā pārtikas eļļa, antifrīzs, benzīns (benzīns), slāpeklis u. c. sasalst temperatūrā, ko lielākā daļa cilvēku nepiedzīvo.
Sāļais ūdens
Lai sasaltu, sāļajam ūdenim ir vajadzīga zemāka temperatūra nekā tīram ūdenim. Rezultātā iegūtais ledus satur daudz mazāk sāls nekā sālsūdens, no kura tas iegūts. Šo faktu dažkārt izmanto ūdens atsāļošanai. Sāls ledus nav tik stiprs kā sasaldēts tīrs ūdens. Tāpat sāls uzkaisīšana uz ledus to izkausē, ja tas nav pārāk auksts: sāls pakāpeniski ieēd ledus, veidojot sālījumu, kas šādā temperatūrā nesasalst.
Ledus ģeogrāfiskās atrašanās vietas
Tā kā ledus peld, pat lielās ūdenstilpēs, kas aizsalst, piemēram, dažos okeānos, ledus veidojas tikai uz virsmas. Lielākā daļa ezeru nekad neaizsalst līdz pašam dibenam. Pat visaukstākie okeāni, piemēram, Ziemeļu Ledus okeāns, aizsalst tikai virspusē, zem tās cirkulējot šķidram okeānam. Tāpēc Zemes okeāni spēj pārdalīt siltumu, un Zemes klimatā ir mazāk karstuma un aukstuma galējību, nekā tas būtu pretējā gadījumā. Ja ledus nogrimtu, nevis peldētu, okeāni piepildītos ar ledu no apakšas, paliktu cieti, un tikai daļa ledus virsas atkustu. Cietā okeānā nenotiktu siltuma cirkulācija. Bet, tā kā ledus peld uz virsmas, ūdens zem tā var turpināt cirkulēt, un ledus uz virsmas paliek atklāts un viegli kūst, kad temperatūra paaugstinās.Lielus ledus gabalus uz sauszemes sauc par ledājiem. Antarktīdā ir lielākā daļa pasaules ledus.
Ledus laikmets
Klimata pārmaiņas notiek visu laiku. Ja ir ļoti auksts, to sauc par ledus laikmetu. Ledus laikmetu laikā ļoti lielas zemes platības klāj ledus, sniegs un ledāji. Ledus laikmeta cēloņi ir sarežģīti jeb grūti izprotami. Globālā sasilšana pašlaik ietekmē Zemes ledus resursus, un tās cēloņi arī ir ļoti sarežģīti.
Sausais ledus
Pastāv arī "sausais ledus" - tas ir sasaldēts oglekļa dioksīds. Sausais ledus, kas pakļauts parastā gaisa iedarbībai, izdala oglekļa dioksīda gāzi, kura ir bez smaržas un bezkrāsaina. Gāze ir tik auksta, ka, sajaucoties ar gaisu, tā atdzesē gaisā esošos ūdens tvaikus līdz miglai, kas izskatās kā biezi balti dūmi. To bieži izmanto teātrī, lai radītu mākslīgu miglu vai dūmus.
Sausais ledus, ieliekot ūdenī
Jautājumi un atbildes
J: Kas ir ledus?
A: Ledus ir vispārpieņemts saldēta ūdens nosaukums.
J: Vai par ledu var saukt arī citus šķidrumus?
A: Jā, arī citus šķidrumus, piemēram, amonjaku, metānu vai pienu, var saukt par ledu, kad tie sasalst, bet parasti tos sauc ar īpašiem nosaukumiem, piemēram, "piena ledus".
J: Kad šķidrs ūdens pārvēršas cietā ledū?
A: Šķidrs ūdens kļūst par cietu ledu, kad tas ir ļoti auksts un tā temperatūra sasniedz 0°C.
J: Kā mājās gatavo ledu?
A: Ledu parasti gatavo mājas ledusskapī vai saldētavā. Ja ūdeni ieliek saldētavā un atstāj uz kādu laiku, ūdens kļūst ļoti auksts un sasalst, veidojot ledu.
Vai trauka materiāls ietekmē laiku, kas nepieciešams, lai ūdens sasaltu ledū?
A: Jā, ūdeni var ievietot vara (vai cita metāla) traukā, lai tas ātrāk sasaltu ledū. Metāli labi vada siltumu, tāpēc ūdens var sasalt ātrāk nekā plastmasas ledus traukā.
J: Kāds ir ūdens sasalšanas punkts?
A: Ūdens sasalšanas punkts ir 0°C (32°F jeb 273K).
J: Kāpēc dažiem šķidrumiem ir dažādi nosaukumi, kad tie sasalst?
A: Dažiem šķidrumiem, kad tie sasalst, ir dažādi nosaukumi, piemēram, "piena ledus", jo tiem parasti ir pievienotas citas sastāvdaļas, kas ietekmē to īpašības, kad tie sasalst.
Meklēt