Реферат: Структура и свойства льда

Молекула воды, кристаллизуясь, может связывать четыре других мо­лекулы воды в тетраэдрической конфигурации. Поэтому образующийся лед имеет гексагональную кристаллическую решетку. Структура льда была установлена методами дифракции рентгеновских лучей, нейтронов и электронов, ИК- и Рамановской спектроскопии.

Обычный лед принадлежит к бипирамидальному классу гексагональ­ных систем. Кроме того, лед может существовать в девяти других крис­таллических полиморфных конфигурациях, а также в аморфном состоя­нии неопределенной структуры. Однако только обычная гексагональная структура льда стабильна при нормальных условиях (760 мм рт. ст., 0°С).

Надо отметить, что лед состоит не только из НОН-молекул, ориенти­рованных так, что один атом водорода расположен на линии между каж­дой парой кислородных атомов. Чистый лед содержит также и ионы Н+ (Н3О+) и ОН. Кроме того, кристаллы льда не являются совершенными, и имеющие место дефекты связаны с изменением положения протонов, сопровождаемым новой (нейтральной) ориентацией или изменениями

ионного характера (с образованием Н3О+ или ОН-). Наличием этих де­фектов можно объяснить большую мобильность протона во льду, чем в воде, и небольшое увеличение электрической проводимости при замер­зании воды.

Кроме того, каждая молекула воды может колебаться (предполагая, что она колеблется как единое целое) с амплитудой около 0,4А при —10°С. Следует также иметь в виду, что молекулы воды, которые, по-ви­димому, существуют в некоторых образующих щели пространствах льда, могут медленно диффундировать через решетку.

Вполне вероятно, что величина активности воды aw, (см. раздел 10.3) во льду имеет определенное отношение к скорости порчи пищевых про­дуктов и биологических веществ в условиях хранения при низких тем­пературах.

На структуру кристаллов льда оказывают влияние растворенные ве­щества. Тем не менее, для большинства пищевых продуктов и биологи­ческих материалов наиболее характерна гексагональная структура. Она была обнаружена при замораживании модельных водных растворов са­харозы, глицерина, альбумина и других соединений.