Когда вершина мощных кучевых облаков оказывается в области низких отрицательных температур, происходит замерзание капелек, что приводит к изменению условий роста частиц и электризации. Поэтому до рассмотрения особенностей роста ледяных частиц в облаках представляется целесообразным ознакомиться с процессами кристаллизации переохлажденных капелек и влиянием на них электрических сил.[ ...]
Для лучшего понимания процессов кристаллизации рассмотрим сперва некоторые вопросы строения воды и льда.[ ...]
В твердой фазе вода также обладает аномальными свойствами. Поражает огромное разнообразие форм ледяных кристаллов (снежинок) в атмосфере. В атмосферных условиях существует только одна из возможных кристаллических структур льда — гексагональная, тогда как при температурах ниже —70° С кристаллы льда приобретают кубическую структуру, при еще более низких температурах лед вообще теряет свою кристаллическую структуру — он становится аморфным.[ ...]
Молекулярный вес обычной воды 18 молей. Однако из-за существования трех изотопов водорода и шести изотопов кислорода может образоваться большое число разновидностей воды, из которых в природных условиях встречается в очень небольших количествах практически только тяжелая вода с дейтерием (Н2 или О) Б20 и ИБО. В природной воде (дождевой, речной и т. п.) содержится около 0,02% тяжелой воды. Поэтому на строение атмосферной воды присутствие тяжелой воды не оказывает какого-либо заметного влияния.[ ...]
При объединении атомов в молекулы могут возникнуть ионные или полярные связи, а чаще всего те и другие одновременно (Н. Д. Соколов [172]). В случае ионной связи атом, у которого на внешней орбите имеется избыток электронов, соединяется с атомом, на внешней орбите которого имеется недостаток электронов. Типичной является реакция соединения атомов Ыа и С1 с образованием ионов Ыа+ и С1 . В случае полярной связи происходит объединение орбит электронов вокруг протонов атомов, входящих в состав молекулы; к такому типу принадлежат и молекулы воды.[ ...]
Вода является полярным веществом, т. е. ее молекулы представляют собой электрические диполи с моментом 6,1 • 10 30 Кл • м. Вследствие этого расположение атомов водорода в молекуле воды не может быть линейным и симметричным относительно атома кислорода. Асимметричное линейное расположение атомов водорода также невозможно, ибо такая молекула воды оказывается неустойчивой. Поэтому необходимо предположить, что атомы расположены в вершинах равнобедренного треугольника с одинаковыми сторонами О—Н. На основании экспериментальных исследований было установлено, что длина сторон О—Н в треугольнике равна 0,96 А (1 А=10 10 м), а угол между этими сторонами составляет 104° ЗГ. Длина стороны Н—Н равна 1,52 А.[ ...]
Полярная связь — сплошная линня, водородная (протонная) связь — штриховая линия.[ ...]
Исследования кристаллов льда рентгеновскими лучами показали, что в кристаллической решетке каждый атом кислорода окружен четырьмя другими атомами кислорода. При равном расстоянии «периферийных» атомов кислорода от «центрального» образуется тетраэдр (рис. 18); внутренние углы тетраэдра должны быть равны 109° 28 . Каждый «периферийный» атом может играть роль «центрального», в результате чего образуется кристаллическая решетка льда. Надо полагать, что в жидкой фазе при температурах, близких к 0°С, упомянутые комплексы из пяти молекул также образуют тетраэдры, своего рода жидкие кристаллы.[ ...]
Пусть при наложении внешнего электрического поля произойдет перемещение одного из атомов водорода по линии связи О—О из одного положения в другое. Тогда первый атом кислорода потеряет ион водорода, а второй приобретет. Вследствие этого появится диполь О-—0+. Восстановление равновесия произойдет в том случае, если в эту пару О-—0+ перескочит ион водорода из другой пары, и т. д. В результате появится электрический ток. Таким образом, электропроводность чистого льда можно объяснить переходом ионов водорода под действием внешнего электрического поля, т. е. лед имеет протонную проводимость.[ ...]
На поверхности ледяных кристаллов молекулы находятся в несколько особом состоянии, чем во внутренних частях. У этих молекул некоторые связи отсутствуют, и у них дополнительно к колебательным появляется возможность совершать вращательные движения. Вследствие этого на поверхности ледяных кристаллов должен существовать молекулярный квазижидкий слой, проводимость которого должна быть выше проводимости собственно ледяного кристалла.[ ...]
Рисунки к данной главе:
| Зависимость длины 5 перемычки между двумя каплями от напряженности Ей горизонтального электрического поля. По В. А. Дячуку и др. |
 |
| Тетраэдрическая структура кристаллической решетки льда. |
 |