Jää on kiinteä aine, joka on aggregoituneessa tilassa ja jolla on taipumus olla kaasumaisessa tai nestemäisessä muodossa huoneenlämpötilassa. Jään ominaisuuksia alettiin tutkia satoja vuosia sitten. Noin kaksisataa vuotta sitten tiedemiehet havaitsivat, että vesi ei ole yksinkertainen yhdiste, vaan monimutkainen kemiallinen alkuaine, joka koostuu hapesta ja vedystä. Löytön jälkeen vesikaava alkoi näyttää tältä H2O.
Jään rakenne
H2O koostuu kahdesta vetyatomista ja yhdestä happiatomista. Levossa vety sijaitsee happiatomin huipulla. Happi- ja vetyionien tulisi olla tasakylkisen kolmion kärjet: happi sijaitsee suoran kulman yläosassa. Tätä veden rakennetta kutsutaan dipoliksi.
Jää on 11,2 % vetyä ja loput happea. Jään ominaisuudet riippuvat sen kemiallisesta rakenteesta. Joskus se sisältää kaasumaisia tai mekaanisia muodostumia -epäpuhtaudet.
Jää esiintyy luonnossa muutamien kiteisten lajien muodossa, jotka säilyttävät rakenteensa vakaasti nollasta ja sen alapuolella olevissa lämpötiloissa, mutta nollassa ja sen yläpuolella se alkaa sulaa.
Kiderakenne
Jän, lumen ja höyryn ominaisuudet ovat täysin erilaisia ja riippuvat kiteiden rakenteesta. Kiinteässä tilassa H2O ympäröi neljä molekyyliä, jotka sijaitsevat tetraedrin kulmissa. Koska koordinaatioluku on pieni, jäässä voi olla harjakattoinen rakenne. Tämä näkyy jään ominaisuuksissa ja sen tiheydessä.
Jäämuodot
Jää on yksi yleisimmistä aineista luonnossa. Maapallolla sitä on seuraavat lajikkeet:
- joki;
- järvi;
- merenkulku;
- firny;
- jäätikkömusta;
- maa.
On jäätä, joka muodostuu suoraan sublimaatiosta, ts. höyrytilasta. Tämä näkemys saa luuston muodon (kutsumme niitä lumihiutaleiksi) ja dendriittisen ja luuston kasvun aggregaatteja (kuura, huura).
Yksi yleisimmistä muodoista on tippukivi eli jääpuikko. Ne kasvavat kaikkialla maailmassa: maan pinnalla, luolissa. Tämäntyyppinen jää muodostuu vesipisaroiden virtauksesta noin nollan lämpötilaerolla syys-kevätkaudella.
Altaiden reunoilla, veden ja ilman rajalla sekä lätäköiden reunoilla esiintyviä jääkaistaleiden muodossa olevia muodostumia kutsutaan jääpankkeiksi.
Huokoiseen maaperään voi muodostua jäätä kuitumaisenasuoni.
Jääominaisuudet
Aine voi olla eri muodoissa. Tämän perusteella herää kysymys: mikä jään ominaisuus ilmenee tietyssä tilassa?
Tutkijat tunnistavat fysikaaliset ja mekaaniset ominaisuudet. Jokaisella niistä on omat ominaisuutensa.
Fysikaaliset ominaisuudet
Jään fysikaalisiin ominaisuuksiin kuuluvat:
-
Tiheys. Fysiikassa epähomogeenistä väliainetta edustaa itse väliaineen massan ja sen suljetun tilavuuden suhteen raja. Veden, kuten muidenkin aineiden, tiheys on lämpötilan ja paineen funktio. Yleensä laskelmissa käytetään jatkuvaa veden tiheyttä, joka on 1000 kg/m3. Tarkempi tiheysindikaattori otetaan huomioon vain silloin, kun on tarpeen tehdä laskelmia erittäin tarkasti tiheyseron tuloksen tärkeyden vuoksi.
Jän tiheyttä laskettaessa otetaan huomioon, mikä vesi muuttui jääksi: kuten tiedät, suolaveden tiheys on suurempi kuin tislatun veden.
-
Veden lämpötila. Yleensä veden kiteytyminen tapahtuu nollan lämpötilassa. Jäätymisprosessit tapahtuvat hyppyissä lämmön vapautuessa. Käänteinen prosessi (sulaminen) tapahtuu, kun sama määrä lämpöä imeytyy kuin vapautui, mutta ilman hyppyjä, mutta asteittain.
Luonnossa on olosuhteita, joissa vesi alijäähtyy, mutta se ei jäädy. Jotkut joet pysyvät nestemäisinä jopa -2 asteessa.
- Lämpökapasiteetti. Tämä on lämmön määrä, joka imeytyy, kun kehoa lämmitetääntutkinnon. On olemassa ominaislämpökapasiteetti, jolle on ominaista lämpömäärä, joka tarvitaan lämmittämään kilogramma tislattua vettä yhdellä asteella.
- Pakkaus. Toinen lumen ja jään fyysinen ominaisuus on kokoonpuristuvuus, joka vaikuttaa tilavuuden vähenemiseen lisääntyneen ulkoisen paineen vaikutuksesta. Käänteislukua kutsutaan kimmoisuudeksi.
- Jäävoimaa.
- Jään väri. Tämä ominaisuus riippuu valon absorptiosta ja säteiden sironnasta sekä jäätyneessä vedessä olevien epäpuhtauksien määrästä. Jokien ja järvien jää ilman vieraita epäpuhtauksia näkyy vaaleansinisessä valossa. Merijää voi olla täysin erilainen: sininen, vihreä, sininen, valkoinen, ruskea, sillä on teräksen sävy. Joskus voi nähdä mustaa jäätä. Se saa tämän värin suuren mineraalimäärän ja erilaisten orgaanisten epäpuhtauksien ansiosta.
Jän mekaaniset ominaisuudet
Jän ja veden mekaaniset ominaisuudet määräytyvät ulkoisen ympäristön kestävyyden perusteella suhteessa pinta-alayksikköön. Mekaaniset ominaisuudet riippuvat rakenteesta, suolapitoisuudesta, lämpötilasta ja huokoisuudesta.
Jää on elastinen, viskoosi, plastinen muodostelma, mutta on olosuhteita, joissa siitä tulee kovaa ja erittäin hauras.
Merijää ja makea vesi ovat erilaisia: edellinen on paljon muovisempaa ja vähemmän kestävää.
Laivojen ohittaessa on otettava huomioon jään mekaaniset ominaisuudet. Se on tärkeää myös käytettäessä jääteitä, risteyksiä ja muuta.
Vettä, lunta ja jäätä onsamank altaisia ominaisuuksia, jotka määrittelevät aineen ominaisuudet. Mutta samaan aikaan monet muut tekijät vaikuttavat näihin lukemiin: ympäristön lämpötila, kiinteän aineen epäpuhtaudet sekä nesteen alkuperäinen koostumus. Jää on yksi mielenkiintoisimmista aineista maapallolla.
