Is

Is er et mineral av oksidklassen som er fellesnevneren for de 14 kjente faste fasene av vann. I en ikke-vitenskapelig kontekst, blir derimot is brukt om formen I_h, som er den vanligste av disse fasene i Jordas biosfære. Denne istypen er en myk og skjør krystall som kan se gjennomsiktig ut eller ha en matt blåhvit farge, avhengig av hvor ren luften er. Er det andre stoffer som jord blandet inn i isen, kan den se annerledes ut. Den vanligste faseovergangen til I_h er når vann blir avkjølt til under 0 °C ved standard atmosfæretrykk. Den kan også sublimere fra vanndamp uten å gå om den flytende fasen, slik som ved rimfrost. Is kan oppstå i mange forskjellige former slik som hagl, isbiter og isbreer, og spiller en viktig rolle i mange meteorologiske fenomener. Iskappene over polarområdene er viktige for det globale klimaet og særlig i vannsyklusen.

Is dannet naturlig kalles naturis.^[1]

Fakta

Et uvanlig trekk ved is som er frosset ved trykk på en atmosfære er en tetthet som er omtrent 8% mindre enn tettheten til vann, så vann er et av ytterst få stoffer som utvider seg når den fryser, det andre noenlunde kjente stoffet er silisium. Is har en tetthet på 0,917 g/cm³ ved 0 °C, mens vann har en tetthet på 0,9998 g/cm³ ved samme temperatur. Flytende vann har størst tetthet (er tyngst) omtrent 1,00 g/cm³ ved 4 °C, og blir lettere ved at vannmolekylene danner sekskantede iskrystaller når temperaturen går under 0 °C (Ordet "krystall" kommer fra det greske ordet for frost). Dette kommer av hydrogenbånd som oppstår mellom vannmolekylene og setter opp molekylene mindre effektivt (med tanke på volum) når vannet er frosset. Resultatet av dette er at is flyter på flytende vann, en viktig faktor for klimaet på Jorda. Tettheten til is øker noe ved synkende temperatur, slik at tettheten til is ved −180 °C er 0,9340 g/cm³.

Den spesifikke smeltevarmen (per kg) til is er den høyeste av noe kjent stoff og smeltende is absorberer like mye varmeenergi mens temperaturen er konstant 0 °C, som går med til å øke temperaturen i en tilsvarende stor masse (flytende) vann fra 0° til 80 °C.

Det er også mulig å varme opp is til over smeltepunktet. Ved å bruke ultraraske laserpulser kan klar is varmes opp til romtemperatur i løpet av kort tid uten at den smelter. Det er sannsynlig at det indre av en iskrystall har et smeltepunkt over 0 °C og at det er overflaten som smelter ved 0 °C.^[2]

Siden is er et krystallformet legeme som oppstår naturlig, blir det regnet for å være et mineral.

Den minste isen noensinne ble laget av Roger Miller og Klaus Nauta ved Universitetet i North Carolina i 1999. Den bestod av 6 vannmolekyl i en sekskant, teoretisk sett det minste iskrystallet som kan eksistere.

Romerne regnes forøvrig å være de første til å bruke is i alkoholholdige drinker.^{[trenger referanse]}

Forskjellige typer is

Vanlig is og snø er isen I_h, som er sekskantet. Ved forskjellig trykk og temperatur, kan is oppstå i 14 forskjellige faser. En fase som er litegrann mindre stabil (metastabil) enn I_h er terningformet is (I_c). Ved å avkjøle I_h blir formen annerledes fordi protonene blir flyttet på. Dette blir kalt Is XI.

Med hensyn til avkjøling og trykk kan flere typer eksistere, og hver enkelt oppstår avhengig av fasediagrammet til is. Disse er II, III, V, VI, VII, VIII, IX og X. Det er mulig for alle disse typene å oppstå ved omtrent samme trykk. Forskjellen mellom dem er krystallstrukturen, formen og tettheten. Det finnes også to metastabile faser for is under trykk. Disse er IV og XII. Is XII ble oppdaget i 1996. I tillegg til krystallinske former, kan fast vann også eksistere i amorfe (ikke-krystallinske) faser (ASW), amorf is med lav tetthet (LDA), amorf is med høy tetthet (HDA) og hyperavkjølt glassaktig vann (HGW).

Rim er en type is som er dannet ved at tåke fryser på kalde flater. Den inneholder mye fanget luft som får den til å se hvit ut, og ikke gjennomsiktig. Tettheten til rim er omtrent en fjerdedel av ren is.

Naledi er lagdelt is som oppstår i elvedaler på høye breddegrader. Is som fryser i elveleier hindrer grunnvann i å flyte bort og får vannivået i denne delen av elven til å stige og flyte over det frosne laget. Vannet som strømmer over isen fryser så til is, og vannivået øker ennå mer, og syklusen gjentar seg. Resultatet er lagdelt is som kan bli flere meter tykk.

Istapper inne i Longyearbreen.

Is kan også oppstå som istapper, lik stalaktitter, når vann drypper og fryser til is.

Clathrat hydrat er is som inneholder gassmolekyler fanget inni krystallen. Pannekakeis er is som i hovedsak oppstår under forholdsvis urolige forhold.

Andre stoffer (særlig faste stoffer som vanligvis er væsker) blir også kalt "is": Tørris er for eksempel et populært navn for fast karbondioksid.

I motsetning til på Jorda er sekskantede iskrystaller i det ytre rom svært sjelden. Amorf is er mye vanligere, men sekskantede iskrystaller kan oppstå i forbindelse med vulkansk aktivitet.^[3]

Bruk av is

Isinnhøsting

Høsting av is på Lake Saint Clair i Michigan, USA, rundt 1905.

Is har lenge hatt hatt stor nytte i form av avkjøling. Den ungarske parlamentsbygningen brukte lenge is som var høstet om vinteren fra Balatonsjøen til å kjøle ned luften. Ishus ble brukt til å lagre isen, som ble dannet om vinteren, året rundt, og tidlige kjøleskap ble kalt isskap fordi de hadde en isblokk på innsiden. I mange byer var det ikke uvanlig å få is levert på døren om sommeren. Den første halvdelen av 1900-tallet ble isinnhøsting god forretning i Amerika. Frederic Tudor fra New England, kjent som "Iskongen", utviklet kjøleprodukter med bedre isolasjon for å frakte is over lange avstander, særlig til tropene. Denne nye teknologien førte senere til at man ikke lenger trengte levering av is.

Rundt år 400 f.kr. hadde persiske ingeniører i Iran allerede mestret teknikken med å lagre is midt på sommaren i ørkenen. Store stykker is ble tatt fra nærliggende fjell om vinteren, og lagret i spesialdesignede og naturlig avkjølte "kjølerom", kalt yakchal (som betyr "islagring"). Dette var en stor underjordisk lagringsplass (opp til 5000 m³) med tykke vegger (minst to meter ved golvnivå) laget av en spesiell mørtell kalt sārooj. Denne mørtelen var laget av sand, leire, eggehviter, sitron, geitehår og aske og var svært isolerende, slik at nesten ingen varme slapp gjennom. De trodde også at blandingen var helt ugjennomtrengelig for vann. Rommet hadde ofte tilgang til en Qanat (et gammelt system for å transportere vann over lange avstander), og hadde ofte et vindfangersystem som førte til lave temperaturar selv om sommeren. Isen ble brukt av de kongelige på varme sommerdager.

På 1800-tallet og begynnelsen av 1900-tallet ble naturis ofte brukt for å holde matvarer kalde. Spesielle isskap kunne brukes til dette, og var forløperen til elektriske kjøleskap. Norge var et av flere land som eksporterte naturis som var skåret ut fra isdammer.^[4]

Sportsaktiviteter på is

Issurfing på innsjøen Żnin

Is spiller en viktig rolle i mange vinteraktiviteter som skøyteløp, ishockey, isfiske, isklatring, curling og sledeløp på bob, akebrett og skeleton. En slags seilbåt med meier kan brukes til isseiling.

Isreiser

Isbrytere nær McMurdo Station, Februar 2002

Is kan også være til hinder. Det er en stor fordel med isfrie havner i de polarnære områdedene i verden. Murmansk (Russland), Petsamo (Russland) og Vardø er eksempler på slike havner. Havner som ikke er isfrie må åpnes med isbrytere.

Is som oppstår på veier kan være svært farlig. Underkjølt regn eller snø i temperaturer nær smeltepunktet kan ofte fryse på bilrutene, og det kan bli vanskelig å se ut. Isskraper er designet for å fjerne is fra vinduer, men dette kan være en lang og slitsom prosess – særlig når sjåføren ender opp med å komme for seint på jobb.

Hvis det er kaldt nok, kan et tynt islag oppstå på innsiden av rutene. Dette skjer vanligvis hvis et kjøretøy har stått i ro en stund, men kan også skje mens man kjører hvis temperaturen utenfor er lav nok. Fukt fra sjåførens pust er vannkilden til iskrystallene. Det kan ofte være vanskelig å fjerne denne isen, så folk lar ofte vinduene stå så vidt på gløtt for å slippe ut fukten, og det er vanlig at biler har varmetråder i bakruta. Et lignende problem kan også forekomme i hjemmet, og dette er årsaken til at mange hus i kaldere strøk har doble glassruter som isolering. I lengre kuldeperioder kan det dannes tykke lag med is på innsjøer og andre vannflater (men vann i bevegelse krever mye lavere temperaturer for å fryse). Isen kan bli tykk nok til å bære biler og lastebiler, men isen bør da være minst 30 cm tykk.

Annen bruk av is

Isbiter eller knust is er vanlig å bruke i drinker.
Pagophagia er en spiseforstyrrelse der en tvangsspiser is.
Bygninger og isskulpturer blir bygd av store isblokker. Bygningene er mest til dekorasjon (for eksempel isslott) og kan ikke brukes over lang tid. I visse kalde områder finns det ishotell. Igloer er et annet eksempel på midlertidige bygninger og er i hovedsak laget av snø.
Det er mulig å drepe noen med en istapp. Dette kan forvirre etterforskarene siden istappen, og dermed mordvåpenet, smelter.
Under 2. verdenskrig ble is blandet med trefiber for å lage pykrete, et sterkt materiale som det opprinnelig var meiningen skulle brukes til å lage et skip som kunne frakte fly. Dette ble det ikke noe av på grunn av for lite penger tl å konstruere skipet.

Is ved forskjellig trykk

De fleste væsker under trykk fryser ved høyere temperaturer fordi trykket holder molekylene tettere sammen. De sterke hydrogenbåndene gjør derimot at dette blir motsatt for vann. Vann fryser ved temperaturer lavere enn 0 °C med trykk høyere enn 1 atmosfære (atm). Derfor kan vann også forbli frosset ved temperaturer høyere enn 0 °C med trykk lavere enn 1 atm. Man mener at smelting av is under høyt trykk er årsaken til at isbreer flytter på seg.

Is som blir dannet under høyt trykk har en annen struktur og tetthet enn vanlig is. Is, vann og vanndamp kan eksistere samtidig ved trippelpunktet, som er 273,16 K ved et trykk på 611,73 Pa.

Isfaser

Fase	Karakteristikk
Amorf is	Amorf is er en is som mangler krystallstrukturen. Amorf is eksisterer i tre former: Med lav tetthet (LDA), dannet ved atmosfærisk trykk eller mindre, med høy tetthet (HDA) og amorf is med svært høy tetthet (VHDA), som blir dannet under høyt trykk. LDA blir enten dannet ved ekstremt rask avkjøling av flytende vann, ved sublimasjon av vanndamp på svært kalde substrater, eller ved å varme opp is med høy tetthet under samme trykk.
Is I_h	Normal sekskantet krystallinsk is. Så godt som all is i biosfæren er is I_h, med unntak av en liten mengde is _c
Is I_c	Metastabil terningformet krystallinsk variant av is. Oksygenatomene er arrangert i en diamantstruktur. Den blir produsert ved temperaturer mellom 130-150 K, og er stabil opp til 200 K, da den blir omdannet til is I_h. Den oppstår av og til i den øvre atmosfæren.
Is II	En rombeformet krystallinsk form med en struktur av høy orden. Formet fra is I_h ved å komprimere den ved temperaturer rundt 190-210 K. Når den blir varmet opp blir den omformet til is III.
Is III	Tetragonal krystallinsk is, dannet ved å avkjøle vann ned til 250 K ved 300 MPa. Av høytrykksfasene har denne formen lavest tetthet, men har høyere tetthet enn vann.
Is IV	Metastabil rombeformet fase. Oppstår sjelden uten en kjerne å fryse på.
Is V	En monoklin krystallinsk fase. Dannet ved å avkjøle vann til 253 K ved 500 MPa. Den mest kompliserte strukturen av alle fasene.
Is VI	En tetragonal krystallinsk fase. Dannet ved å avkjøle vann til 270 K ved 1,1 GPa. Fører til Debye relaksasjon.
Is VII	En kubeformet fase. Hydrogenatomene er i uorden, og denne isen viser Debye relaksasjon. Hydrogenbåndene danner to gitterverk som trenger inn i hverandre.
Is VIII	En mer ordnet versjon av Is VII, der hydrogenatomene har faste posisjoner. Dannet fra is VII ved å avkjøle den til under 5 °C.
Is IX	En tetragonal metastabil fase. Dannet gradvis fra is III ved å avkjøle den fra −65 to −108 °C, stabil under 140 K og trykk mellom 200 og 400 MPa. Den har tetthet på 1,16 g/cm³, litt høyere enn vanlig is og vann.
Is X	Proton-arrangert symmetrisk is. Dannet ved 40-45 GPa. Man tror at is VII vil omformes til is X ved trykk på 70 GPa.
Is XI	En orthorhombisk likevektsform av sekskantet is i lav temperatur. Den er ferroelektrisk.
Is XII	En tetragonal metastabil og tett krystallinsk fase. Den er metastabil i faseområdet til is V og is VI. Den kan oppstå ved å varme amorf is med høy tetthet fra rundt 77 K til 183 K ved 810 MPa.

Is i skjønnlitteratur

Kurt Vonneguts roman Cat's Cradle har Is IX som et sentralt element i historien, selv om virkelig is IX ikke har de egenskapene som Vonnegut tilegner den (for eksempel at alt vann på Jorda kan fryse til is hvis det kommer i kontakt med en ørliten bit is IX).

Galleri

En naturlig isblokk på 4 tonn på en strand på Island.
Et glass med isvann
Is på et gjerde som har frosset om vinteren
Istapper på taket av en hytte ved Dinner Plain Australia.
Istapper ved Big White Ski Resort, Canada.
Et eldgammelt ishus (yakhchal) i Kerman, Iran, bygd i middelalderen for å lagre is.
Istapper dannet i alle vinkler på grunn av vind. Fra Wales.
Isskjæring i Norge rundt 1910. Før kjøleskapet ble oppfunnet var isblokker brukt til nedkjøling av matvarer.
Måling av sarrtykkelse i Trysilelva på 1920-tallet.
Foto: Ole B. Solem/Norges vassdrags- og energidirektorat
Isgang og over-
svømmelse i Stor-Elvdal. Legg merke til at det også foregår tømmerfløting.
Foto: Ole B. Solem/Norges vassdrags- og energidirektorat
Is ved innløpet til Ystad havn 15. februar 2021.