Սառույց III, ջրային սառույցի տետրագոնային բյուրեղային տարատեսակ։ Կարելի է ստանալ ջուրը 300 ՄՊա ճնշման տակ մինչև -23 °C (250 Կ) ջերմաստիճանը սառեցնելով: Դրա խտությունը ավելի մեծ է, քան ջրի խտությունը, բայց այն ամենաքիչ խիտն է բարձր ճնշման գոտում գտնվող բոլոր տեսակի սառույցների մեջ (1.16 գ / սմ³ 350 ՄՊա ճնշմամբ): Նույն ճնշման դեպքում ջրի խտությունը կազմում է մոտ 1,12գ/սմ³:

350 ՄՊա ճնշման դեպքում III սառույցի խտությունը 1.16 գ /սմ³ է: Ստատիկ դիէլեկտրական թափանցելիությունը 117 է:  

Սովորական ջրային սառույցը, ըստ Բրիջմանի անվանացանկի, պատկանում է Ih սառույցին: Լաբորատոր պայմաններում (տարբեր ջերմաստիճաններում և ճնշումներում) ստեղծվել են սառույցի տարբեր տարատեսակներ՝ սառույց II- ից մինչև սառույց XVI :

Հայտնագործման պատմությունԽմբագրել

Բարձր ճնշման սառույցի փոփոխությունները առաջին անգամ հայտնաբերել է Բրիջմանը, ով 1912 թվականին կառուցել է ջրի փուլային դիագրամ: Ուսումնասիրելով ջուրը տարբեր ջերմաստիճաններում և ճնշումներում, նա, բացի սովորական սառույցից, բացահայտել է դրա կառուցվածքային փոփոխություններից ևս 6-ը, որոնք նա նշանակել է սառույց II - սառույց VII:

Մինչև 1960-ական թվականները սառույցի ձևափոխումների բյուրեղային կառուցվածքը պարզ չէր: 1960 թվականին Բ․ Քեմբը (Barclay Camb) և Դատտան սառույցում ռենտգենյան դիֆրակցիայի վերլուծության շնորհիվ սառույց III-ում տետրագոնալ համաչափություն են հայտնաբերել, որը նման է սիլիցիումի օքսիդի՝ SiO2 -ի:

ՍտացումԽմբագրել

 
Ջրի փուլային գծապատկերից մի հատված

Սառույց III- ը առավել հեշտությամբ է ստացվում և հարմար է բարձր ճնշման սառույցի հետազոտության համար: Այն առաջին անգամ ստացվել է սովորական սառույցից −22 °C (սառույցի եռակի կետի Ih - սառույց III - ջուր) ջերմաստիճանում` ճնշումը հասցնելով 210 ՄՊա:

Հնարավոր է սառույցը III-ը ստանալ 210-350 ՄՊա ճնշմամբ ջուրը դանդաղ (մոտ 0,5 °C /րոպե) սառեցնելով մինչև եռակի կետից ցածր ջերմաստիճաններ (−22 °C)[1]:

Ուսումնասիրություններ անցկացնելու համար սառույց III-ը -40 °C ջերմաստիճանում կես ժամ պահելուց հետո արագորեն սառեցնում են հեղուկ ազոտով մինչև -175 °C-ից ցածր ջերմաստիճան: Այս ջերմաստիճանում սառույց III- ը մետաստաբիլ է (կայունանման), այն պահպանում է իր կառուցվածքը, երբ ճնշումն ընկնում է մինչև մթնոլորտային ճնշումը, չնայած փուլային դիագրամում այդ ճնշումները և ջերմաստիճանը համապատասխանում են սառույց II-ին (200 ՄՊա-ից բարձր) և սովորական սառույցին (200 ՄՊա-ից ցածր):

Սառույց III-ը անկայուն է ռենտգենյան ճառագայթների դեմ և արագ փլուզվում է ինտենսիվ ճառագայթահարման պայմաններում, ինչը ռենտգենյան դիֆրակցիայի վերլուծության համար դժվարություններ է առաջացնում:

Ֆիզիկական հատկություններԽմբագրել

Բյուրեղի կառուցվածքըԽմբագրել

Սառույց III- ն ունի տետրագոնալ բյուրեղային ցանց (P41212): Մթնոլորտային ճնշման և -175 °C ջերմաստիճանի դեպքում ցանցի պարամետրերը կազմում են a = 6.73 ± 0.01 Å և c = 6.83 ± 0.01 Å, ջրածնային կապերի միջին երկարությունը 2.775 Å է[1]:

Ի տարբերություն ուղիղ տետրագոնալ ցանցի, սառույց III- ն ունի խախտված բյուրեղային կառուցվածք: Միջին հաշվով, յուրաքանչյուր մոլեկուլ ջրածնային կապերով կապված է 4-ի փոխարեն 3.2 հարևանի հետ, բայց մոտ 3,6 Å հեռավորության վրա կան ևս 2 կամ 3 հարևան մոլեկուլներ, որոնք կապված չեն ջրածնային կապերով:

Փուլային գծապատկերի եռակի կետերըԽմբագրել

Աղյուսակում տրված են սովորական և ծանր ջրի ճնշման և ջերմաստիճանի արժեքները եռակի կետերում[2]:

Фазы H2O D2O
P, МПа T, °C P, МПа T, °C
III Ih Ж 209,9 −21,985 202 −18,8
III Ih II 212,9 −34,7 225 −31,0
III II V 344,3 −24,3 347 −21,5
III V Ж 350,1 −16,986 348 −14,5

Հալման ջերմաստիճանԽմբագրել

Աշխատանքի մեջ[3] ներկայացված են սառույցի տարբեր փոփոխությունների հալման ջերմաստիճանի՝ ճնշումից կախվածության մաթեմատիկական արտահայտությունները: Սառույց III-ը հալվում է 251.165 Կ (−21.985 °C) - 256.164 Կ (.916.986 °C) ջերմաստիճանների սահմանում, մինչդեռ ±3% սխալով չափված ճնշումը տատանվում է 209.9-ից 350.1 ՄՊա: Սառույց Ih-ի և սառույցի III հալման մոդելները ներդաշնակեցնելու համար ընդունվել է ճնշում 258.566 ՄՊա (շեղումը փորձարարական արժեքից 0.64%) ճնշում`III- Ih-Հեղուկ եռակի կետի համար: Այս ենթադրության համաձայն, հալման գծի վրա ճնշման կախվածությունը ջերմաստիճանից արտահայտվում է հետևյալ բանաձևով.

 

Եռակի կետում փորձարարական արժեքի համար (P = 209.9 ՄՊա) բանաձևն ստանում է հետևյալ տեսքը'

 

Վերջին բանաձևից ստանում ենք հալման ջերմաստիճանի՝ ճնշումից հետևյալ կախվածությունը.

 

որտեղ 209.9 <P <350.1 ՄՊա:

Բոլոր բանաձևերում ջերմաստիճանը չափվում է Կ- ով, ճնշումը՝ ՄՊա- ով:

ԾանոթագրություններԽմբագրել

  1. 1,0 1,1 Kamb, B. and Prakash, A. Structure of ice III // Acta Crystallographica Section B. — 1968. — Vol. 24. — № 10. — P. 1317—1327.
  2. Chaplin, Martin. (2009-08-11)։ «Water Phase Diagram»։ Water Structure and Science։ Արխիվացված է օրիգինալից 2012-03-27-ին։ Վերցված է 2010-01-27 
  3. IAPWS, Release on the pressure along the melting and the sublimation curves of ordinary water substance Archived 2008-10-06 at the Wayback Machine., (1993); P. W. Bridgman, Water, in the liquid and five solid forms, under pressure, Proc. Am. Acad. Arts Sci. 47 (1912) 439—558.

Արտաքին հղումներԽմբագրել

  • Chaplin, Martin. (2008-06-23)։ «Ice-three (Ice III)»։ Water Structure and Science։ Արխիվացված է օրիգինալից 2012-03-27-ին։ Վերցված է 2009-02-27