Ledus

Ledus ir cieši sablīvētu ūdens kristāliņu kopums. Tas ir ūdens cietais agregātstāvoklis, kaut gan tam ir mazāks blīvums nekā ūdenim. Zemāka blīvuma dēļ ledus gabali spēj noturēties virs ūdens. Tīrs ūdens sasalst ledū, ja tā temperatūra ir zemāka par 0 °C. Ledus var veidoties arī desublimējoties ūdens tvaikiem, pietiekoši zemā temperatūrā (sarma). Kā dabā sastopams ciets kristāls, ledus tiek pieskaitīts minerāliem — minerāls ir dabiski veidojusies neorganiska, homogēna, cieta viela ar noteiktu ķīmisko sastāvu un sakārtotu atomu struktūru, kas atbilst ūdenim pēc definīcijas ūdens - H₂O, tas dabiski veidojas temperatūrā zem 0 °C, ir homogēns ar specifisku ūdeņraža un skābekļa atomu izvietojumu.
Ledum ir iespējamas vairākas kristāliskās modifikācijas. Spiedienos līdz ≈200 MPa (trīskāršais punkts ≈200 MPa un ≈-20 °C) veidojas ledus-1, kura blīvums (0,9167 g/cm³) ir mazāks nekā ūdens blīvums sasalšanas temperatūrā (0,9998 g/cm³), tāpēc šajos apstākļos ledus sasalstot izplešas. Spiedienos, kas ir lielāki par ≈200 MPa, veidojas citas ledus modifikācijas, kuru blīvums ir lielāks par ūdens blīvumu.

Ledus veidi

Kristāliskas vielas parasti ir ļoti blīvas, tāpēc augstā spiedienā tās var pārkārtoties tikai vienā vai divās citās kristāliskās struktūrās. Kā piemēru var minēt oglekli, kas no grafīta pārtop par dimantu 200000 atmosfēru spiedienā (200 tonnas uz katru grafīta virsmas kvadrātcentimetru). Ledus ir ļoti neparasta cieta viela, jo tas pastāv 19 zināmos veidos, no kuriem daudzi eksistē tikai laboratorijā. Pārsvarā uz Zemes ir parastais ledus, ko sauc par Iₕ (viens h). Tajā ūdens molekulas veido heksagonālu struktūru, kurā starp molekulām ir izteiktas ūdeņraža saites. Tādējādi kristālā paliek ļoti daudz tukšas vietas, tāpēc kubikcentimetrs ledus sver tikai 0,9167 gramus, turpretī kubikcentimetrs ūdens sver tieši vienu gramu. Robežās no -73 līdz -147 °C ledus veido kubisku struktūru, ko sauc par Ic ledu. Tas mikrokristālu veidā sastopams atmosfēras augšējā slānī. Tā kā Ih ledū ir daudz tukšas telpas, to var saspiest vismaz 14 stabilās un divās nestabilās kristāliskās struktūrās. Vēl ir trīs amorfā ledus varianti. Vairāk nekā 99% ledus visumā ir amorfi. Amorfajā ledū ūdens molekulas ir bez tālās kārtības, līdzīgi šķidram ūdenim. Šāds ledus klāj putekļu daļiņas starpzvaigžņu telpā.
Iₕ ledus Visvieglākais ledus paveids - Iₕ ledus (blīvums 916,7kg/m³) - uz Zemes sastopams visbiežāk. Tajā ar ūdeņraža saitēm saistītas ūdens molekulas veido heksagonālu kristālisko struktūru. Iₕ (h nozīmē heksagonāls) ledus rodas normālā spiedienā un 0 līdz -73 °C temperatūrā. Līdz pat V ledum struktūra kļūst arvien blīvāka, jo saites deformējas.
X ledus Visblīvākā ledus forma ir X ledus. Viens cm³ šā ledus sver 2,51 g (blīvums 2510 kg/m³). X ledu izgatavo eksperimentāli, pakļaujot VII ledu 600000 atmosfēru lielam spiedienam (600 tonnas uz katru ledus virsmas kvadrātcentimetru). Ūdeņraža saites tad jau ir pilnīgi sairušas, un ūdeņraža atomi atrodas starp diviem skābekļa atomiem, ar kuriem tie saistās vienlīdz cieši.
Iₕ ledus - blīvums 916,7 kg/m³.
Ic ledus - blīvums 916,7 kg/m³. Reti sastopams atmosfēras augšējos slāņos.
II ledus - blīvums 1170 kg/m³. Iegūst, saspiežot Ih ledu 190 — 210 K temperatūrā un 300 MPa spiedienā. 
III ledus - blīvums 1140 kg/m³. Iegūst, atdzesējot ūdeni līdz 250 K un 300 MPa spiedienā.
IV ledus - blīvums 1270 kg/m³.
V ledus - blīvums 1230 kg/m³. Iegūst, atdzesējot ūdeni līdz 253 K temperatūrai 500 MPa spiedienā.
VI ledus - blīvums 1310 kg/m³. Iegūst, atdzesējot ūdeni līdz 270 K 1,1 GPa spiedienā.
VII ledus - blīvums 1500 kg/m³.
VIII ledus - blīvums 1460 kg/m³.
IX ledus - blīvums 1160 kg/m³. Iegūst no III ledus, to ātri atdzesējot no 208 K līdz 165 K (ātrums nepieciešams, lai nepaspētu izveidoties II ledus). IX ledus struktūra ir identiska III ledus struktūrai, bet protonu izvietojums ir sakārtots.
X ledus - blīvums 2510 kg/m³. Iegūst tāpat kā VII ledu, bet tikai 70 GPa spiedienā.
XI ledus - blīvums 916,7 kg/m³.
XII ledus - blīvums 1290 kg/m³. Iegūst, atdzesējot ūdeni līdz 260 K temperatūrai 0,55 GPa spiedienā.
XIII ledus - blīvums 1230 kg/m³. Iegūst, atdzesējot ūdeni zem 130 K 500 MPa spiedienā.
XIV ledus - blīvums 1290 kg/m³. Iegūst pie temperatūras zem 118 K un 1,2 GPa spiedienā.
XV ledus - blīvums 1310 kg/m³. Iegūst, atdzesējot ūdeni līdz apmēram 108 - 80 K 1,1 GPa spiedienā.