La regeneración es el fenómeno del hielo que se derrite bajo presión y se vuelve a congelar cuando se reduce la presión. Podemos demostrar la regeneración enrollando un alambre fino alrededor de un bloque de hielo, con un peso pesado adherido a él. La presión ejercida sobre el hielo lo derrite lentamente localmente, permitiendo que el alambre atraviese todo el bloque. La pista del cable se rellenará tan pronto como se alivie la presión, por lo que el bloque de hielo permanecerá sólido incluso después de que el cable pase por completo. Este experimento es posible para hielo a -10 ° C o menos, y aunque es esencialmente válido, los detalles del proceso por el cual el cable pasa a través del hielo son complejos. [1] El fenómeno funciona mejor con alta conductividad térmica.materiales como el cobre, ya que el calor latente de fusión del lado superior debe transferirse al lado inferior para suministrar calor latente de fusión. En resumen, el fenómeno en el que el hielo se convierte en líquido debido a la presión aplicada y luego se vuelve a convertir en hielo una vez que se elimina la presión se llama regeneración.
La gelación fue descubierta por Michael Faraday . Ocurre solo para sustancias como el hielo, que tienen la propiedad de expandirse al congelarse, ya que los puntos de fusión de esas sustancias disminuyen con el aumento de la presión externa. El punto de fusión del hielo cae 0,0072 ° C por cada atm adicional de presión aplicada. Por ejemplo, se necesita una presión de 500 atmósferas para que el hielo se derrita a -4 ° C. [2]
Derretimiento de superficies
![](http://wikiimg.tojsiabtv.com/wikipedia/commons/thumb/5/50/Melting_curve_of_water.svg/300px-Melting_curve_of_water.svg.png)
Para un hielo cristalino normal muy por debajo de su punto de fusión, habrá cierta relajación de los átomos cerca de la superficie. Las simulaciones de hielo cerca de su punto de fusión muestran que hay una fusión significativa de las capas superficiales en lugar de una relajación simétrica de las posiciones de los átomos. La resonancia magnética nuclear proporcionó evidencia de una capa líquida en la superficie del hielo. En 1998, utilizando microscopía de fuerza atómica , Astrid Döppenschmidt y Hans-Jürgen Butt midieron el grosor de la capa líquida sobre hielo en aproximadamente 32 nm a -1 ° C y 11 nm a -10 ° C. [3]
La fusión de la superficie puede explicar lo siguiente:
- Bajo coeficiente de fricción del hielo, como lo experimentan los patinadores.
- Facilidad de compactación del hielo
- Alta adherencia de superficies de hielo.
Ejemplos de regelation
Un glaciar puede ejercer una presión suficiente sobre su superficie inferior para reducir el punto de fusión de su hielo. El derretimiento del hielo en la base del glaciar le permite pasar de una elevación más alta a una más baja. El agua líquida puede fluir desde la base de un glaciar en elevaciones más bajas cuando la temperatura del aire está por encima del punto de congelación del agua.
Conceptos erróneos
El patinaje sobre hielo se da como ejemplo de regelación; sin embargo, la presión requerida es mucho mayor que el peso de un patinador. Además, la regeneración no explica cómo se puede patinar sobre hielo a temperaturas bajo cero (0 ° C). [4]
La compactación y creación de bolas de nieve es otro ejemplo de textos antiguos. Aquí, la presión requerida es mucho mayor que la presión que se puede aplicar con la mano. Un contraejemplo es que los coches no derriten la nieve cuando la atropellan.
Último progreso
Una piel supersólida que es elástica, hidrófoba y térmicamente más estable cubre tanto el agua como el hielo. Las pieles de agua y hielo se caracterizan por tener fonones de estiramiento de HO idénticos de 3450 cm ^ -1. Ni el caso de las formas líquidas en el hielo ni la capa de hielo cubre el agua, pero la piel supersólida desliza el hielo y endurece la piel del agua [5]
Relajación del enlace de hidrógeno (O: HO) bajo compresión. La compresión acorta y endurece el O: H no unido y simultáneamente alarga y suaviza el enlace covalente HO y el efecto de presión negativa en sentido opuesto [6]
El punto de fusión es proporcional a la energía cohesiva del enlace covalente. Por lo tanto, la compresión reduce la Tm. [7]
Otras lecturas
- Y. Huang, X. Zhang, Z. Ma, Y. Zhou, W. Zheng, J. Zhou y CQ Sun, Dinámica de relajación del enlace de hidrógeno: resolución de misterios del hielo de agua. Revisiones de química de coordinación 2015. 285: 109-165.
- CQ Sun, Relajación del enlace químico. Springer Series in Chemical Physics 108. Vol. 108. 2014 Heidelberg, 807 págs. ISBN 978-981-4585-20-0 .
Referencias
- ^ Drake, LD; Shreve, RL (1973). "Fusión a presión y regeneración del hielo mediante alambres redondos". Actas de la Royal Society A: Ciencias Matemáticas, Físicas e Ingeniería . 332 (1588): 51. Bibcode : 1973RSPSA.332 ... 51D . doi : 10.1098 / rspa.1973.0013 . S2CID 137274632 .
- ^ Glosario de Meteorología: Regelación Archivado el 25 de febrero de 2006 en la Wayback Machine , Sociedad Meteorológica Estadounidense, 2000
- ^ Döppenschmidt, Astrid; Butt, Hans-Jürgen (11 de julio de 2000). "Medición del espesor de la capa líquida en superficies de hielo con microscopía de fuerza atómica". Langmuir . 16 (16): 6709–6714. doi : 10.1021 / la990799w .
- ^ Blanco, James. The Physics Teacher, 30, 495 (1992).
- ^ Zhang, Xi; et al. (Octubre de 2014). "Una piel superdeslizante común que cubre tanto agua como hielo" (PDF) . Física Química Física Química . 16 (42): 22987–22994. arXiv : 1401.8045 . Código Bibliográfico : 2014PCCP ... 1622987Z . doi : 10.1039 / C4CP02516D . PMID 25198167 . S2CID 5256149 .
- ^ Sol, Changqing (2014). Relajación del enlace químico . Saltador. pag. 807. ISBN 978-981-4585-20-0.
- ^ Sun, Chang Qing; et al. (2012). "Fuerza oculta que se opone a la compresión del hielo". Ciencia química . 3 : 1455-1460. arXiv : 1210.1913 . doi : 10.1039 / c2sc20066j . S2CID 97318835 .