Glaç

Lo glaç (o la glaça) (var.gèu) es l'aiga a l'estat solid.

A la pression atmosferica normala (101 325 Pa), l'aiga es sota forma de glaç quand sa temperatura es inferiora a sa temperatura de fusion qu'es de 0 °C (273,15 K).
Pasmens, d'aiga tranquilla (se contèn ges de cristau de glaç) pòt èsser refrejada en de temperaturas inferioras a 0 °C sensa se congelar, en un estat d'equilibri inestable nomenat subrefusion, fins en de temperaturas de −20 °C.

La temperatura de fusion dau glaç serviguèt de ponch fixe per la definicion originala de l'escala de temperaturas Celsius.

Fisica dau glaç

Lo glaç presenta mai d'11 varietats allotropicas que sei domenis d'existéncia son representats dins lo diagrama de fasa çai sota. Existís tanben a l'estat amòrf.

Diagrama de fasa dau glaç — pressions en escala logaritmica (1 GPa = 10 000 bar)

A la pression atmosferica (e fins a una pression d'aperaquí 0,2 GPa o 2000 bar), lei moleculas d'aiga dau glaç ordinari forman una estructura cristallina segon un malhum exagonau (a = 4,52 Å, c = 7,37 Å), que son estabilitat es assegurada per de liasons idrogèn ; aquela varietat allotropica es nomenada « glaç 1_h » o « glaç I_h » (h per [h]exagonau). Aquela estructura presenta una febla compacitat, e la densitat dau glaç ordinari es inferiora a aquela de l'aiga liquida (917 kg⋅m^-3 per de glaç pur a 0 °C, a la pression atmosferica normala) : lo glaç flòta subre l'aiga.

Aiçò explica que la temperatura dau ponch de fusion dau glaç ordinari baisse quand creis la pression (es una anomalia : en generau, lei temperaturas de fusion creisson amb la pression) fins a un minimum de −22 °C (cf. lo diagrama de fasa) per una pression d'aperaquí 0,2 GPa (aicí comença lo domeni dau glaç III).

En foncion dei condicions de temperatura e de pression, lo glaç pòt adoptar d'autreis estructuras cristallinas, generalament pus compactas que lo glaç ordinari ; d'unei d'aquelei varietats de glaç se pòdon trobar dins lei condicions extrèmas que rèinan a la superfícia d'autrei planetas, o de satellits, dau Sistèma Solar :

glaç I_c (temperatura bassa, cubica de fàcias centradas, densitat aproximativa 0,9) ;
glaç II (temperatura bassa, ortorombica centrada, densitat aproximativa 1,2) ;
glaç III o Iii (temperatura bassa, tetragonala, densitat aproximativa 1,1) ;
glaç V (auta pression, temperatura bassa, monoclinica de basa centrada, densitat aproximativa 1,2) ;
glaç VI (auta pression, temperatura bassa, tetragonala, densitat aproximativa 1,3) ;
glaç VII (auta temperatura, auta pression, cubica simpla, densitat aproximativa 1,7) ;
glaç VIII (auta pression, tetragonala centrada, densitat aproximativa 1,6) ;
glaç IX (auta pression, tetragonala, densitat aproximativa 1,2) ;
glaç XII (auta pression, temperatura bassa, tetragonala, densitat aproximativa 1,3) ;
glaç XIII (obtengut a 130 K e 0,5 GPa) ;
glaç XIV (obtengut a 118 K e 1,2 GPa).

Proprietats fisicas dau glaç ordinari (I_h)

Fichièr:DSC 6183-MR 227-glaç.jpg

Canèus pres dins lo glaç près d'una sèrra freja. Amb lo gròs freg, leis agricultors polverizan d'aiga sus la sèrra per aparar lei culturas en formant una mena d'igloo.

La massa volumica dau glaç es de 917 kg/m³ a 0 °C, e son coeficient de dilatacion lineara es aperaquí 9·10^-5/K, totjorn a 0 °C.

Proprietats mecanicas

Lo coeficient de dilatacion lineara dau glaç es aperaquí 9·10^-5/K a 0 °C. La compressibilitat dau glaç es de l'òrdre de 12·10^-12/Pa.

Lo limit d'elasticitat dau glaç varia que non sai segon la qualitat dau glaç utilizat : 10 kPa per lo glaç de glacier, 60 kPa per de glaç artificiau.

Lei valors admesas per lo modul d'Young dau glaç son compresas entre 2500 MPa e 3000 MPa.

Son limit de plasticitat es de 3,5 MPa (en compression) ; lo repòrt limit de plasticitat/limit d'elasticitat dau glaç se plaça entre lei pus grands de totei lei solids coneguts (aperaquí 2 per l'acier, e fins a 10 per lo fèrre doç).

Proprietats termicas

A 0 °C, la calor latenta de fusion dau glaç es de 333 kJ/kg e sa calor massica es de 2,06 kJ·kg^-1·K^-1 ; aquesta es que la mitat de la calor massica de l'aiga a 0 °C (4,217 kJ·kg^-1·K^-1), e varia quasi linearament en foncion de la temperatura (+0,17%/K).

La conductivitat termica dau glaç es de 2,1 W·m^-1·K^-1 a 0 °C, e aumenta quand la temperatura descreis (coeficient de variacion de l'òrdre de −0,57%/K) ; es donc totjorn ben superiora a la conductivitat termica de l'aiga a 0 °C, egala a 0,55 W·m^-1·K^-1.

Glaç a temperatura ambienta

En 2005, la còla coreana de Heon Kang, de l'Universitat de Seol, a pogut obtenir un glaç d'aiga a temperatura ambienta (20 °C). Per aquò faire, s'aplica un camp electric entre la poncha d'un microscòpi d'efècte tunèl e una superfícia d'aur, ont se dispausa una pellicula d'aiga liquida que son espessor es de l'òrdre dau nanomètre.

Dins aquela experiéncia, l'aiga se transforma en glaç car lei dipòls dei moleculas d'aiga s'alinhan sus lo camp electric. L'intensitat dau camp electric ont aqueu cambiament apareis (10⁶ V·m^-1) es mila còps mens importanta que çò qu'èra predich per lei modèls.

Maugrat l'espessor fòrça febla dau jaç d'aiga utilizat, aqueu fenomèn poiriá, d'après leis autors, intervenir au dintre de nívols de chavana o de microfendilhas de ròcas, e mai dins d'equipaments nanotecnologics.

Mesclas

Fusion eutectica

D'ivèrn, se sala lei rotas per far fondre lo glaç. En fach, es pas lo glaç que se fond, mai un eutectic glaç-sau (la sau utilizada es pas constituida de clorur de sòdi pur, mai lo paragraf que sèc balha una explicacion simplificada dau fenomèn).

Quand la sau NaCl (Na⁺, Cl^-) intra en contacte amb lo glaç, leis ions s'asegan a l'entorn dei moleculas d'aiga, que son polaras (H₂^δ+, O^δ-) e vènon formar un compausat (H₂O).(NaCl) ; aqueu reasegatge exigís solament de pichons movements deis atòms, e se fa donc en fasa solida. Quand se respècta lei proporcions exactas (siá aperaquí 22 % de sau en massa), la mescla se compòrta coma un produch pur, qualificat d'« eutectic ». La temperatura de fusion d'aquel eutectic aiga-NaCl es aperaquí −21 °C.

Lo diagrama de fasa seguent representa la temperatura de fusion de la mescla en foncion de la proporcion aiga/sau.

Diagrama de fasa aiga/sau a pression atmosferica ; l'eutectic se forma per una proporcion de sau de 0,2331 en massa (23,31 % de sau e 76,69 % d'aiga en massa)

Ansin, per de taus de sau inferiors a la proporcion de l'eutectic, s'obtèn una mescla aiga+eutectic que se fond a una temperatura superiora a −21 °C. Per de taus de sau superiors a aquela proporcion, s'obtèn una mescla sau+eutectic que se fond tanben a una temperatura pus auta.

Lo reasegatge aiga+sau → eutectic se pòt faire qu'ai ponchs de contacte entre lei cristaus de glaç e de sau, donc a la superfícia dau glaç. Ansin, i a formacion d'un jaç superficiau d'eutectic que se fond (se la temperatura es superiora a −21 °C) ; coma la sau es en subresaturacion, se dissòuv dins l'eutectic fondut, e pòt reagir amb lo glaç que se tròba sota la pellicula liquida. Lo fenomèn se propaga donc, fins que l'aiga o la sau defaute per formar un novèl eutectic.

En teoria, seriá donc possible de prevenir la formacion de glaç fins a −21 °C; mai en fach, es impossible de dosar la quantitat de sau que fau metre.

Istòria

Lei pus ancianei bastissas conegudas qu'an servit per conservar lo glaç datan de 4000 ans e se tròban en Mesopotamia. Son de construccions de tèrra de forma conica invertida.

Autreis accepcions

Lo mot de glaç designa tanben :

l'estat solid dau dioxid de carbòni, dins l'expression de glaç carbonic
en construccion mecanica, lo glaç designa una pèça de distribucion de fluid de certanei pompas o certans motors idraulics.

Vejatz tanben

Referéncias

Eun-Mi Choi, Young-Hwan Yoon, Sangyoub Lee, Heon Kang, Freezing Transition of Interfacial Water at Room Temperature under Electric Fields, Physical Review Letters, n°95, aost de 2005.