WWW.KNIGI.KONFLIB.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 
<< HOME
Научная библиотека
CONTACTS

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |

«_ КУРСОВАЯ РАБОТА Кристаллография снежинок Добрецова Е.А. Студентка. Научный руководитель. доцент Дорохова Г.И.. МОСКВА 2008 г. Введение Наиболее распространенным ...»

-- [ Страница 1 ] --

Московский ордена Ленина, ордена Октябрьской Революции

и ордена Трудового Красного Знамени

Государственный университет имени М.В.Ломоносова

ГЕОЛОГИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

кафедра кристаллографии и кристаллохимии

_

КУРСОВАЯ РАБОТА

Кристаллография снежинок Добрецова Е.А.

Студентка. Научный руководитель.

доцент Дорохова Г.И.

.

МОСКВА

2008 г.

Введение Наиболее распространенным минералом земной коры можно считать лед (снег), покрывающий значительную часть ее поверхности в виде ледников, занимающих около 11% площади всей суши, или в виде вечной мерзлоты (~14%). Если сюда добавить сезонный снег и лед, морские льды, то окажется, что этот минерал присутствует повсеместно. Его большая роль в формировании климата нашей планеты и жизнедеятельности человека объясняет необходимость знания строения данного минерала и его кристаллических особенностей.

С давних времен лед привлекал внимание исследователей как распространенный природный объект. Достаточно упомянуть, что слово "кристалл" в переводе с греческого языка означает "лед", понятие "дендрит" (кристалл древовидной формы) впервые появилось для обозначения формы именно ледяного кристалла и т.д. Одной из первых средневековых работ по кристаллизации и симметрии был труд И.Кеплера "О шестиугольных снежинках", опубликованный в 1611 г. Лед изучали М.Фарадей, лорд Кельвин и многие другие выдающиеся естествоиспытатели. Исследованию свойств природных и искусственных льдов посвящено огромное количество научных работ;

например, морскими льдами занимаются океанологи, материковыми - гляциологи и т.д. В 40-е годы из гляциологии выделилась самостоятельная область - физика льда. Она изучает атомно-молекулярную структуру льда, особенности водородных связей, динамику решетки, кинетику фазовых переходов, распространение электромагнитных и акустических волн во льде и ряд других проблем.

К настоящему времени установлено, что лед обладает уникальными физическими свойствами. В твердом состоянии вода насчитывает, по последним данным, структурных модификаций. Есть среди них кристаллические (их большинство), есть аморфные, но все они отличаются друг от друга взаимным расположением молекул воды и свойствами, в природе мы встречаем только одну — лед.

Цель моей работы – собрать информацию о снежных кристаллах: их симметрии, классификации, условиях образования.

Обычный лед имеет гексагональную решетку, в которой атомы кислорода выстроены упорядочено, образуя правильные шестиугольники, а атомы водорода расположены хаотично. Это весьма нетривиальная ситуация для традиционной физики конденсированных сред - ведь в зависимости от условий получения твердое тело должно находиться либо в кристаллическом (когда атомы упорядочены), либо в аморфном (когда атомы образуют случайную сетку) состоянии. Во льде порядок и хаос сосуществуют вместе!

1. Лед – кристаллическая структура Н2О.

1. 1. Необычность свойств "обычного" льда Необычность свойств "обычного" льда по сравнению с другими твердыми телами проявляется, например, в том, что он легче расплава (воды), имеет на поверхности тончайший, толщиной около микрона, квазижидкий слой, физические характеристики которого отличаются от объемных характеристик и льда, и воды.

Температура плавления льда понижается с ростом давления, поэтому он плавится под действием механической нагрузки (это объясняет явление режеляции - спекание кусков льда или снежинок в монолит).

Лед - полупроводник, носителями заряда в котором служат протоны в водородных связях; протонная проводимость льда возрастает с ростом температуры по экспоненциальному закону.

полупроводников и диэлектриков: термоэлектрический, фотопластический, псевдопьезоэлектрический и ряд других эффектов.

Кристаллы льда отличаются необычайной чистотой и не содержат солей даже в случае, если их рост происходит в морской воде. Лед самоочищается в процессе кристаллизации, что объяснятся невозможностью захвата структурой льда посторонних веществ. Лед является редким соединением, в структуре которого реализуются исключительно водородные, поэтому трудно найти примесное вещество подобной природы, т. е. лед практически нельзя окрасить.

Следует отметить существование в природе «тяжелого» льда, содержащего тяжелый нестабильного изотопа трития Н во льду позволяет датировать ледники и ледяные покровы.

Лед можно рассматривать как породообразующий минерал, находящийся в горных породах, особенно в зонах вечной мерзлоты (занимающих более половины площади РФ), в виде отдельных кристаллов, линз, больших масс. В последнем случае лед можно считать мономинеральной горной породой, и, поскольку образование и развитие таких мерзлых пород связано с различными физико-химическими процессами, происходящими в толще льда, исследователям-мерзлотоведам, гляциологам и др. – необходимо знание свойств, а соответственно и особенностей кристаллической структуры льда.

Многие ученые в разных странах мира на протяжении веков размышляли о тайне кристаллов снега - каковы они, почему они сформированы в многоликие формы, каков механизм образования причудливых узоров? Ниже приведены лишь некоторые основные вехи в изучении кристаллов снега.

Впервые на прекрасные снежинки как на кристаллы строгой формы обратил внимание Иоганн Кеплер. О своих наблюдениях и выводах он рассказал в 1611 г. в трактате «О шестиугольных снежинках», который Вернадский называл первой научной работой по кристаллографии. Кеплер полагал, что процессом жизни на Земле правит формообразующая сила. Она «сама по себе едина и всюду одна и та же», но, действуя в отдельных телах (минералах, растениях, животных) строит в них ту или иную внешнюю форму в зависимости от их вещества. В случае с образованием снежинок носителем этой упорядочивающей силы является пар. Когда пар, содержащий в себе эту силу, сталкивается с фронтом холодного воздуха, он разбивает пространство на отдельные маленькие ячейки, имеющие шестиугольную форму. Именно потому, что правильные шестиугольники оптимальным образом заполняют плоскость. В этих «сотах»



и образуются снежинки, отражающие порядок, присущий формообразующей силе. Это блестящее исследование, написано в полушутливой форме письма к Иоганну Вакенфельсу, советнику императора Рудольфа II.

Декарт (Descartes) Рене (латинизированное имя — Картезий; Renatus Cartesius) [31.3.1596, Лаэ (Турень), — 11.2.1650, Стокгольм], французский философ и математик.

Происходил из старинного дворянского рода. Образование получил в иезуитской школе Ла Флеш в Анжу. В начале Тридцатилетней войны служил в армии, которую оставил в 1621; после нескольких лет путешествий переселился в Нидерланды (1629), где провёл двадцать лет в уединённых научных занятиях. В 1635 году Рене Декарт занялся описанием видов снежинок, разглядывая их невооруженным глазом. Он писал, что снежинки похожи на розочки, лилии и колесики с шестью зубцами. Его особенно поразила найденная им в середине снежинки "крошечная белая точка, точно это был след ножки циркуля, которым пользовались, чтобы очертить ее окружность". Декарт также впервые нашел и описал достаточно редкую двенадцатиконечную снежинку. До сих пор двенадцатиконечная снежинка считается большой редкостью, так до конца и неясно, где и при каких условиях она образуется. Считается, что снежинок с 4, 5 и 8 гранями не бывает, а вот с тремя увидеть можно.

Гук, (Hooke) Роберт (18.7.1635, о. Уайт, — 3.3.1703, Лондон), английский естествоиспытатель, член Лондонского королевского общества (1663). В 1653 поступил в Оксфордский университет, где впоследствии стал ассистентом Роберта Бойля. С профессор Лондонского университета, в 1677—83 секретарь Лондонского Королевского общества. Разносторонний учёный и изобретатель. В 1665 Роберт Гук издал большой труд под заглавием «Micrographia», который содержал эскизы практически всех форм кристаллов, которые он смог увидеть с помощью только что изобретенного микроскопа.

Работы Гука впервые показали сложность, и запутанность симметрии кристаллов снега.

Следует отметить, что с помощью усовершенствованного им микроскопа Гук. наблюдал структуру не только снежинок, но и растений. Первым дал чёткий рисунок, впервые показавший клеточное строение пробки (термин «клетка» был введён Гуком), а также описал строение клеток бузины, укропа, моркови и других растений.

Вильсон Бентли (1865-1931) был американским фермером и занимался микрофотографией снежных кристаллов. «Я обнаружил, что снежинки – это чудесное воплощение красоты, - писал Бентли, - и мне показалось стыдным, что эту красоту не увидят и не оценят другие. Каждый кристалл был образцом великолепного узора, и ни один узор не повторялся дважды. Когда снежинка таяла, узор пропадал навсегда. Так, как будто навсегда уходила красота, не оставив после себя никакого следа».

В 1885 году, после множества проб и ошибок, Бентли (имевший прозвище «Снежинка») получил первую удачную фотографию снежинки под микроскопом. Он занимался этим сорок шесть лет, сделав более 5000 уникальных снимков. На основе его работ было доказано, что не существует ни одной пары абсолютно одинаковых снежинок (что впоследствии существенно дополнило теорию кристалла).

В 1931 году Бентли издал альбом своих фотографий снежинок (рис. 1). А после его смерти в 1935 году вышел в свет составленный им атлас «Снежные кристаллы» с двумя тысячами снимков. До настоящего времени он является одним из основных источников знаний о снежинках.

Укичиро Накая был первым, кто сделал систематическое изучение кристаллов снега.

Будучи ядерным физиком, в 1932 г Накая был назначен на должность профессора в Хоккайдо, где не было никаких условий и средств для ядерных исследований.

Неутомимый ученый заинтересовался кристаллами снега, проделал ряд превосходных детальных наблюдений всех типов снеговых осадков, предложил их классификацию. В отличие от Бентли, Накая фотографировал не только самые красивые и симметричные кристаллы, но и необычные. Основная часть работ Накая была издана в 1954 в виде красивой книги с названием «Кристаллы Снега: Естественные и Искусственные».

1.3. Полиморфные модификации кристаллов льда В твердом состоянии вода насчитывает, по последним данным, 14 структурных модификаций. Есть среди них кристаллические (их большинство), есть аморфные, но все они отличаются друг от друга взаимным расположением молекул воды и свойствами.

Правда, все, кроме привычного нам льда, образуются в условиях экзотических — при очень низких температурах и высоких давлениях, когда углы водородных связей в молекуле воды изменяются и образуются системы, отличные от гексагональной.

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°, а концентрация пара очень мала, на пластине формируется слой исключительно плотного аморфного льда.

Две последние модификации льда — XIII и XIV — открыли ученые из Оксфорда совсем недавно, в 2006 году. Предсказание 40-летней давности о том, что должны существовать кристаллы льда с моноклинной и ромбической решетками, было трудно подтвердить: вязкость воды при температуре –160°С очень велика, и собраться вместе молекулам сверхчистой переохлажденной воды в таком количестве, чтобы образовался зародыш кристалла, трудно. Помог катализатор — соляная кислота, которая повысила подвижность молекул воды при низких температурах. В земной природе подобные модификации льда образовываться не могут, но их можно поискать на замерзших спутниках других планет.



Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |
 



Похожие работы:

«ПРОГРАММА вступительного испытания для поступающих на обучение по направлению подготовки научно-педагогических кадров в аспирантуре 06.06.01 – Биологические науки Предмет Специальная дисциплина (БИОЛОГИЯ) Утверждено на заседании экзаменационной комиссии, протокол № от _ марта 2014 года. Председатель экзаменационной комиссии _ Г.Г. Соколова Раздел БИОХИМИЯ ВВЕДЕНИЕ Биохимия как наука о веществах, входящих в состав живой природы, и их превращениях, лежащих в основе жизненных явлений. Предмет и...»

«Кафедра _НОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ТЕХНОЛОГИИ УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ДИСЦИПЛИНЫ ФИЗИКА И ХИМИЯ МАТЕРИАЛОВ И ПОКРЫТИЙ для специальности 150601 Материаловедение и технология новых материалов Дзержинский, 2011 г. УМК разработан _кандидатом технических наук Кирьяновой Викторией Владимировной Протокол заседания кафедры Новых материалов и технологий_ (название кафедры) № _ от 2011 г. Заведующий кафедрой _ /Б.М.Балоян / (подпись) СОГЛАСОВАНО Протокол заседания выпускающей кафедры _Новых материалов и...»

«Утверждаю: Ректор И.А. Носков 2011_ г. Основная образовательная программа высшего профессионального образования Специальность 020201.65 Фундаментальная и прикладная химия Квалификация Специалист Самара 2011 г. Содержание Стр. 1 Общие положения.. 2. Характеристика выпускника специальности 020201.65 Фундаментальная и прикладная химия. 3. Компетенции выпускника ООП специалитета, формируемые в результате освоения данной ООП 4. Документы, определяющие содержание и организацию образовательного...»

«В.В. Войцеховский, Ю.С. Ландышев, А.А. Григоренко БРОНХОЛЕГОЧНЫЕ ОСЛОЖНЕНИЯ ХРОНИЧЕСКОГО ЛИМФОЛЕЙКОЗА И МНОЖЕСТВЕННОЙ МИЕЛОМЫ Благовещенск – 2009 УДК 616.155.392.2+616-006.448:616.233 ББК (р) 54.11 Авторы: В.В. Войцеховский, Ю.С. Ландышев, А.А. Григоренко Бронхолегочные осложнения хронического лимфолейкоза и множественной миеломы. – Благовещенск: ОАО ПКИ Зея, 2009 г. – 303 с. Рецензенты: Директор научно-исследовательского института пульмонологии, заведующий кафедрой пульмонологии ФПО...»

«Обзор красноярских СМИ c 18 июня по 24 июня 2012 года Обзор красноярских СМИ за 18 июня 2012 года Краевые депутаты возьмут под контроль ситуацию в Сибирском федеральном университете Для этих целей Законодательное собрание формирует рабочую группу. Она доработает соглашение с Федеральным агентством по образованию, срок которого истекает в июле, и подготовит отчет по всем проблемным вопросам в вузе. На недавнем заседании комитета парламента депутатам представили доклад о работе СФУ. Выяснилось,...»

«3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины 3 4 1 2 ПК Профессиональные компетенции выпускника Обладать наличием представления о наиболее ак- Знать актуальные направления хими- Зачет, ПК-1 туальных направлениях исследований в современ- ческих исследований (нанотехнологии, экзамен ной теоретической и экспериментальной химии изучение процессов в экстремальных (синтез и применение веществ в наноструктурных условиях, химия и экология, химия технологиях, исследования в...»

«Основная образовательная программа высшего профессионального образования Направление подготовки 020400.68 Биология Магистерская программа Биохимия и молекулярная биология Квалификация Магистр Самара 2011 Содержание Стр. Общие положения 1. 3 2. Компетентностно-квалификационная характеристика 5 выпускника магистратуры по направлению 020400.68 Биология, магистерская программа Биохимия 3. Компетенции выпускника ООП магистратуры, формируемые в 7 результате освоения ООП по направлению подготовки...»

«Оглавление БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ. 5 Комплексная безотходная химическая переработка древесины Разработка технологии и аппаратно-программного комплекса дешифрирования земель лесного фонда по материалам космической съемки Обоснование параметров транспортной фазы лесозаготовительного производства на основе концепции пакетно-контейнерных перевозок Стекла для оптического волокна Разработка научных основ и технологических принципов получения композитов с применением...»

«СХЕМА КОМПЛЕКСНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ И ОХРАНЫ ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ БАССЕЙНА РЕКИ ВОЛХОВ Книга 2 Оценка экологического состояния и ключевые проблемы речного бассейна Пояснительная записка 1 ПРОЕКТ Схема комплексного использования и охраны водных объектов Пояснительная записка к книге 2 Оценка экологического состояния и ключевые проблемы речного бассейна 1 Распределение водных объектов речного бассейна по категориям (естественные, существенно модифицированные, искусственные) В соответствии с пунктом 10...»






 
© 2013 www.knigi.konflib.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.