71
Обычный лёд образуется из воды при нормальном давлении и температуре 0
ºС. Кристаллическая структура этого льда формируется с помощью Н-связей между
молекулами НОН. Механизм образования обычного льда был изложен выше.
Увеличение давления на воду приводит к её уплотнению. Молекулы НОН в Н-
ассоциатах (фаза-1) будут смещаться относительно друг друга при разрывах Н-
связей и приближаться друг к другу, что в конечном итоге приводит к образованию
квадруполь-квадрупольных связей между атомами кислорода, т.е. образуются
плотные кластерные структуры (фаза-2).
Опираясь на модели различных плотных структур, представленных схемами А,
В, С и D, можно расширить количество молекул участвующих в таких структурах.
От количества плотных структур и последующего их сжатия будет зависеть
плотность льда.
В [9] отмечается, что вода обладает многообразием кристаллических фаз или
форм льдов, которых насчитывается не менее тринадцати видов, в которые
кристаллизуется вода в зависимости от давления (Р) и температуры (Т).
Лёд имеющий плотность 1,5 г/см
3
, полученный при Р
21700 атм., должен
иметь по крайней мере около половины молекул НОН в объёме 1 см
3
, соединённых
между собой своими атомами кислорода.
Лёд, полученный при давлении более Р = 2000 атм обладает повышенной
плотностью и является молекулярным кристаллом. Молекулярные кристаллы – это
структуры, характеризующиеся энергией межмолекулярных связей, значительно
превышающей энергию Н-связей, и сравнимой с энергией внутримолекулярных
связей.
Известно, что в газопроводах при транспортировке влажного горючего газа
метана образуется лёд даже в летних условиях, который при накоплении в трубе со
временем перекрывает подачу газа. Этот странный лёд возникает только в
присутствии сжатого до большого давления влажного горючего газа. До
настоящего времени однозначно не доказано лёд это или не лёд. Показано, что в
пустотах (клетках) такого льда находятся молекулы метана, и они не образуют
химических связей с этим льдом.
Давление перекачиваемого газа в газопроводах на разных участках разнится от
50 атм до 200 атм. Молекулы воды, находятся в качестве примеси в метане. При
высоком давлении водородные связи между молекулами воды образоваться не
могут из-за принудительного весьма малого расстояния между молекулами НОН. В
этом случае возможно только образование плотных квадруполь-квадрупольных
связей между атомами кислорода соседних молекул по схеме (с):
O
O
H
O
O
O
O
O
O
H
H
H
H
H
H
H
(с)
В реальной действительности образование плотных кластеров из разного
количества молекул НОН возможно. Число таких кластеров будет зависеть от
количества молекул воды в перекачиваемом газе.
Небольшое количество молекул воды находится среди огромного количества
молекул метана. Высокое давление в трубе приводит к плотному контакту между
молекулами воды НОН и молекулами СН
4
. Между этими молекулами Н-связей
образоваться не может, по причине отсутствия протонизации в СН
4
и отсутствия
квадруполей на поверхности кристалла атома С, хотя в молекуле НОН атомы