Температура замерзания воды при давлении 2 атм: Как замерзает вода под давлением

Температура замерзания воды — Справочник химика 21

    Иногда денатурированный спирт находит применение в автомобилях. У этилового спирта очень низкая температура замерзания — минус 117 С. А температура замерзания воды О «С. Эти две цифры зимой становятся очень важными для владельцев автомобилей. Водой заполняют [c.93]









    Свойство растворов понижать температуру замерзания воды широко используется в практике для приготовления так называемых антифризов, которые представляют собой водные растворы некоторых органических и неорганических веществ. Эти растворы не замерзают при низких температурах и потому широко применяются для охлаждения двигателей автомобилей и тракторов в условиях Крайнего Севера. Например, такой антифриз, как 55%-ный раствор этиленгликоля в воде, не замерзает даже при температуре 233 К- [c.106]

    Температура замерзания раствора, содержащего 2,6152 10 кг эфира этиленгликоля в 0,1 кг воды, ниже температуры замерзания воды на 0,5535°. Определите молекулярную массу эфира, если теплота плавления воды 6029 Дж/моль. [c.194]

    Диаграмма состояния воды. На рис. 82 показана в схематической форме (т. е. без строгого соблюдения масштаба) диаграмма состояния воды в области невысоких давлений. Кривая ОС представляет зависимость давления насыщенного пара жидкой воды от температуры, кривая О А — зависимость давления насыщенного пара льда от темпе-, ратуры и кривая ОВ — зависимость температур замерзания воды от внешнего давления. Эти три кривые разделяют диаграмму на поля, каждое из которых отвечает одному из агрегатных состояний воды —пару, жидкости и льду. [c.248]

    Какова температура замерзания воды по Фаренгейту при нормальных условиях  [c.24]

    Ученые пользуются для измерения температуры стоградусной шкалой, или шкалой Цельсия. В этой шкале температуре замерзания воды соответствует иоль градусов — это пишется О «С. Комнатная температура — примерно 25 °С, а температура кипения воды — 100 «С. Температура кипения четыреххлористого углерода 77 С, так что он, как видите, закипает и превращается в пар легче, чем вода. Температуры более низкие, чем температура замерзания воды, пишутся со знаком минус. Например, метан кипит при температуре на 161 градус ниже, чем температура замерзания воды, это пишется — 161°С. В США для измерения температуры обычно. применяется шкала Фаренгейта. Кое-где автор приводит в скобках температуру по Фаренгейту. Например, температура кипения воды 100 С (212 F), а четыреххлористого углерода 77 «С (171″Р). [c.69]

    Можно было бы считать прямыми ответами на этот вопрос как истинное предложение Температура замерзания воды при нормальных условиях 32°F , так и ложное Температура замерзания воды при нормальных условиях 0°Ру>. С другой стороны, хотя не требуется, чтобы прямой ответ был истинным, необходимо, чтобы он имел правильную форму в противном случае ответ не считается прямым. Так, предложение Температура замерзания воды при нормальных условиях указана в Справочнике по химии и физике- — не является прямым ответом на вопрос (1), поскольку в нем содержится всего лишь инструкция, по которой спрашивающий может сам найти истинный и прямой ответ на вопрос. Кроме того, следует подчеркнуть, что этим предложением не ограничивается выполнение задания, поставленного в вопросе,— после того как спрашивающий получит такой ответ на вопрос (1), ему предстоит еще проделать определенную работу, чтобы получить окончательный и удовлетворяющий его ответ. То же самое, хотя и в меньшей степени, верно для предложений типа Температура замерзания воды при нормальных условиях на 211° F выше, чем температура замерзания спирта- или Температура замерзания ва ы при нормальных условиях Итак, хотя для какой-то части спрашивающих эти предложения могут оказаться небесполезными, ни одно из [c.24]

    Равновесие в двухфазной системе жидкая вода — лед характеризуется кривой ОВ, выражающей зависимость температуры замерзания воды от давления. Следует обратить внимание, что в отличие от большинства других веществ для воды в известных пределах повышение давления вызывает понижение температуры ее замерзания. Это объясняется тем, что плотность льда меньше плотности воды, а повышение давления всегда способствует образованию той фазы, которая обладает меньшим объемом, т. е. большей плотностью (принцип смещения равновесий см. 87). [c.249]

    Плавление льда сопровождается поглощением теплоты в количестве 1,436 ккал/моль при 0°С. Большая часть ее расходуется на указанный частичный разрыв водородных связей между молекулами воды в кристаллах льда. Плавление льда в отличие от плавления большинства других веществ сопровождается уменьшением объема (лед легче воды и плавает на ней). Это уменьшение объема достигает 10%, т. е. весьма значительно. Все это показывает, что расположение молекул воды в кристаллах льда является Менее плотным, чем в жидкой воде . Увеличение объема воды при ее замерзании означает, что с повышением давления температура замерзания воды должна несколько понижаться. Она понижается до —1°С примерно при 130 атм. [c.166]

    Наибольшее значение имеют водные растворы, так как вода — самый распространенный и универсальный растворитель. Она играет очень важную роль в нашей жизни и обладает рядом особенностей, обусловленных наличием различных структур, отличающихся как энергетически, так и химически. Важно также следующее так как водные растворы обычно изучаются при температурах, близких к температуре замерзания воды, то ее структурность выражена весьма четко. [c.131]

    Если бы мы задали этот вопрос достаточно глупому отвечающему, то даже после нахождения удовлетворяющего условию числа 32°Р тот мог бы продолжать проверять все целые числа до бесконечности, справляясь в энциклопедиях или проводя эксперименты и тщетно пытаясь найти еще какие-нибудь числа для составления полного списка. Если, бы спрашивающий, зная, что существует только одна температура замерзания воды в градусах Фаренгейта при нормальных условиях, но не зная, какая именно, использовал одно-альтернативную спецификацию, как в вопросе (1), то отвечающий, обнаружив, что 32°Р удовлетворяет условию, понял бы, что нашел необходимый материал для построения адекватного прямого ответа. И понял бы он это не в результате логического или физического эксперимента, а непосредственно по логической форме вопроса. [c.49]

    На рис. 141 представлена фазовая диаграмма системы этан—вода . Подобная общая характеристика может быть применена ко всем углеводородным системам. Линия ВЕ соответствует равновесию системы, содержащей газ, гидраты и воду, линия FEG представляет собой точки росы углеводородов (в данном случае этана). Точкам является квадрупольной в ней существует две жидкие фазы (вода и углеводород), одна твердая фаза (гидрат) и газовая фаза. Линия BD соответствует температуре замерзания воды, левее нее могут существовать две твердые фазы (лед и гидрат). [c.216]

    Для расчета константы замерзания воды использовать известные значения теп лоты плавления льда (A/i = 333,3 Дж/г) и температуры замерзания воды (273,15 К). [c.87]

    Консганты Генри для кислорода и азота при растворении их в воде при 273,2 К равны соответственно 1,91 10 и 4,09 10 мм рт. ст. Рассчитайте понижение температуры замерзания воды, вызванное растворением воздуха (80% N2 и 20% Оа) при 1,0133 10 Па. [c.195]

    Калибровка обоих термометров нри температуре замерзания воды и затем через 20°. [c.379]

    Температура замерзания воды по термометру Бекмана  [c.48]

    В выполнении работы следует выделить 4 этапа подготовка установки для охлаждения, настройка термометра Бекмана, определение температуры замерзания раствора, определение температуры замерзания воды. [c.25]

    Определение температуры замерзания растворителя. Вымытый криоскоп споласкивают дистиллированной водой, затем в него наливают 20—25 мл воды, не взвешивая. Криоскоп помещают в холодильную камеру, а через 10—15 мин, когда вода охладится, опускают в криоскоп термометр Бекмана с мешалкой и проводят процесс охлаждения воды аналогично охлаждению раствора. Можно допустить переохлаждение воды на 1 град по сравнению с температурой, установленной по смеси воды и льда. Температуру замерзания воды определяют 2—3 раза, пока не получатся воспроизводимые результаты. [c.27]

    Задачи работы экспериментально определить температуры замерзания воды и раствора, рассчитать осмотическую концентрацию. [c.28]

    Температура замерзания воды с увеличением давления понижается, а не повышается, как этого следовало бы ожидать. [c.12]

    Так как / > Уж, то Л /> 0. В процессе испарения теплота подводится к системе, поэтому 0. Отсюда следует, что при росте температуры давление увеличивается и кривая наклонена вправо. Линия ОА показывает зависимость температуры замерзания воды от внешнего давления. Для этого случая применимо уравнение (4.9) в форме [c.67]

    Растворимость азота и кислорода в воде при 0°С и 101325 Па равна соответственно 23,5 и 48,9 мл/л. Вычислите температуру замерзания воды, насыщенной воздухом. [c.182]

    Если благодаря калибровке или градуировке устанавливается величина систематической ошибки, то она называется, поправкой, и из результатов измерений следует вычесть ее величину. Разница между нулем температуры (°С) и той отметкой на шкале термометра, где остановился столбик ртути при-определении температуры замерзания воды, есть систематическая ошибка, если ее не учитывать, и одновременно поправка к показаниям термометра. [c.73]

    Кривая ОА показывает равновесные условия между льдом и паром и характеризует зависимость давления насыщенного пара льда от температуры. Кривая ОВ отвечает равновесным условиям между льдом и жидкостью и представляет зависимость температуры замерзания воды от давления. Кривая ОК изображает равновесные условия между жидкостью и паром и представляет зависимость давления насыщенного пара жидкой воды от температуры или зависимость температуры кипения воды от внешнего давления. [c.29]

    В соответствии с принципом Ле Шателье увеличение объема воды при ее замерзании означает, что с повышением давления температура замерзания воды должна несколько понижаться. Она понижается примерно на ГС на каждые 130 атм (при давлениях до 2000 атм). [c.11]

    Предположим, что ответом на вопрос (1) будет не предложение Температура замерзания воды при нормальных условиях 32°Ту/, а просто существительное 32у>. Очевидно, что его статус как ответа иа вопрос, равно как и значение, зависит от контекста. Поэтому, раз мы предполагаем формализовать наш анализ и при этом не хотим, чтобы ассерторическое значение зависело от контекста, мы не будем считать 52 прямым ответом на вопрос (1). Мы будем рассматривать его как сокращенный вариант приведенного выше полного предложения и вслед за К. Хэмблином [19581 назовем его кодифицированным ( oded) ответом на вопрос. Кодифицированные ответы, куда входят, помимо слов, жесты и кивки, благодаря своей высокой эффективности играют ведущую роль в процессе коммуникации, однако за ними всегда стоят полные, неэллиптичные предложения. [c.25]

    При записи вопроса (1) Какова температура замерзания воды по Фаренгейту при нормальных условиях можно было бы употребить субъект (л — целое число // температура замерзания воды при нормальных условиях x°F). Здесь категорное условие х — целое число требует заполнения, и, заполняя эту лакуну, мы делаем вопрос более точным. С другой стороны, вопрос (12) содержит именные группы, которые навязывают субъекту форму х — мальчик, у — девочка // х брат у). Впрочем, можно было бы предпочесть иной вид субъекта — категорно-свободный х // х— мальчик 8с у — девочка х брат у) и считать, что при таком субъекте мы лучше понимаем смысл вопроса. Наша логическая схема не указывает ни на то, как ее нужно использовать, ни на то, какие формальные интеррогативы лучше всего передают значение данного вопросительного предложения естественного языка, и в этом отношении она сходна с формальной ассерторической логикой. Мы можем лишь предлагать приемлемые альтернативы и комментировать различия между ними. Например, первый из вышеуказанных субъектов определяет меньшую именную область, состоящую только из предложений вида Ь брат с, где Ь — имя мальчика, ас — имя девочки, в то время как именная область второго из указанных субъектов включает в себя [c.39]

    Важными физическими свойствами воды являются ее гочки кипения и замерзания. При построении наиболее популярной температурной шкалы Цельсия интервал между температурами кипения и замерзания воды был разделен на 100 частей. Температура замерзания воды была принята за О С, температура кипения при обычных условиях — за 100 С [c.34]

    На основе нашего графика определите, какая температура в кельвинах соответствует 0°С — температуре замерзания воды, 100° С — температуре ее кипения при атм(1Сферном давлении  [c.391]

    Часто используется другой метод калибровки — калибровка по стандартным веи ествам. Так, термометры и термопары проверяют и калибруют по температурам фазовых переходов веществ. Наиболее часто используют температуру плавления льда (0°С) и температуру кипения воды (100°С). В работе по кри-оскопическому определению мольной массы растворенного вещества требуется найти понижение температуры замерзания раствора, для чего сначала измеряется температура замерзания воды, а затем температура замерзания раствора. Определение температуры замерзания воды — это и есть калибровка термометра, а отметка на шкале термометра, соответствующая этой температуре, принимается за нулевую. [c.73]

    Выньте внутреннюю пробирку, дождитесь, пока кристаллы не расплавятся, и еще раз (или два) определите температуру замерзания чистого растворителя (ноды). Температура замерзания воды из-за неточности тер.мометра может не совпадать с нулем на шкале, В этом случае показание термометра, соответ-ств) ющее те.мпературе замерзания воды, принимается за 0° С и в дальнейшем другие температуры отсчитываются от этого показания. Не забудьте, что точность определения температуры должна быть не хуже 0,02—0,03 С (малое деление шкалы разделите на 3—5 частей можно пользоваться увеличительным С1 еклом). [c.155]

    На рис. 126 Л и Б на примере системы HgO — Na l — K l изображены изотермические диаграммы растворимости солей (с общим ионом), не вступающих в соединение ни друг с другом, ни с водой. Этот график совпадает с чертежом, полученным при проведении через призму рис. 124 изотермического сечения при условии, что С и В — соли, А — вода и изотерма лежит ниже температуры эвтектики соль — соль, но выше температуры замерзания воды. Если последнее условие не соблюдается и i [c.322]

Загадки простой воды. Раритетные издания. Наука и техника

Всеволод Арабаджи

Вода вокруг нас

Воде принадлежит огромная роль в природе. В самом деле, ведь именно море явилось первой ареной жизни на Земле. Растворенные в морской воде аммиак и углеводы в контакте с некоторыми минералами при достаточно высоком давлении и воздействии мощных электрических разрядов могли обеспечить образование белковых веществ, на основе которых в дальнейшем возникли простейшие организмы. По мнению К.Э. Циолковского, водная среда способствовала предохранению хрупких и несовершенных вначале организмов от механического повреждения. Суша и атмосфера стали впоследствии второй ареной жизни.

Можно сказать, что все живое состоит из воды и органических веществ. Без воды человек, например, мог бы прожить не более 2…3 дней, без питательных же веществ он может жить несколько недель. Для обеспечения нормального существования человек должен вводить в организм воды примерно в 2 раза больше по весу, чем питательных веществ. Потеря организмом человека более 10% воды может привести к смерти. В среднем в организме растений и животных содержится более 50% воды, в теле медузы ее до 96, в водорослях 95…99, в спорах и семенах от 7 до 15%. В почве находится не менее 20% воды, в организме же человека вода составляет около 65% (в теле новорожденного до 75, у взрослого 60%). Разные части человеческого организма содержат неодинаковое количество воды: стекловидное тело глаза состоит из воды на 99%, в крови ее содержится 83, в жировой ткани 29, в скелете 22 и даже в зубной эмали 0,2%.

В первичной водной оболочке земного шара воды было гораздо меньше, чем теперь (не более 10% от общего количества воды в водоемах и реках в настоящее время). Дополнительное количество воды появилось впоследствии в результате освобождения воды, входящей в состав земных недр. По расчетам специалистов, в составе мантии Земли воды содержится в 10…12 раз больше, чем в Мировом океане. При средней глубине в 4 км Мировой океан покрывает около 71% поверхности планеты и содержит 97,6% известных нам мировых запасов свободной воды. Реки и озера содержат 0,3% мировых запасов свободной воды.

Большими хранилищами влаги являются и ледники, в них сосредоточено до 2,1% мировых запасов воды. Если бы все ледники растаяли, то уровень воды на Земле поднялся бы на 64 м и около 1/8 поверхности суши было бы затоплено водой. В эпоху оледенения Европы, Канады и Сибири толщина ледяного покрова в горных местностях достигала 2 км. В настоящее время вследствие потепления климата Земли постепенно отступают границы ледников. Это обусловливает медленное повышение уровня воды в океанах.

Около 86% водяного пара поступает в атмосферу за счет испарения с поверхности морей и океанов и только 14% за счет испарения с поверхности суши. В итоге в атмосфере концентрируется 0,0005% общего запаса свободной воды. Количество водяного пара в составе приземного воздуха изменчиво. При особо благоприятных условиях испарения с подстилающей поверхности оно может достигать 2%. Несмотря на это, кинетическая энергия движения воды в морях составляет не более 2% от кинетической энергии воздушных течений. Происходит это потому, что более трети солнечного тепла, поглощаемого Землей, тратится на испарение и переходит в атмосферу. Кроме того, значительное количество энергии поступает в атмосферу за счет поглощения проходящего через нее солнечного излучения и отражения этого излучения от земной поверхности. Прошедшая же через водную поверхность лучистая энергия Солнца и небесного свода уменьшается в интенсивности наполовину уже в верхнем полуметре воды вследствие сильного поглощения в инфракрасной части спектра.

Очень большое значение в жизни природы имеет то обстоятельство, что наибольшая плотность у воды наблюдается при температуре 4°C. При охлаждении пресных водоемов зимой по мере понижения температуры поверхностных слоев более плотные массы воды опускаются вниз, а на их место поднимаются снизу теплые и менее плотные. Так происходит до тех пор, пока вода в глубинных слоях не достигнет температуры 4°C. При этом конвекция прекращается, так как внизу будет находиться более тяжелая вода. Дальнейшее охлаждение воды происходит только с поверхности, чем и объясняется образование льда в поверхностном слое водоемов. Благодаря этому подо льдом не прекращается жизнь.

Вертикальное перемешивание морской воды осуществляется за счет действия ветра, приливов и изменения плотности по высоте. Ветровое перемешивание воды происходит в направлении сверху вниз, приливное – снизу вверх. Плотностное перемешивание возникает за счет охлаждения поверхностных вод. Ветровое и приливное перемешивания распространяются на глубину до 50 м, на больших глубинах может сказываться действие только плотностного перемешивания.

Интенсивность перемешивания придонных и поверхностных вод способствует их освежению, обогащению кислородом и питательными веществами, необходимыми для развития жизни. Растворенный в воде воздух всегда более богат кислородом, чем воздух атмосферный. Имеющийся в воде кислород оказывает благотворное влияние на развитие в ней жизненных процессов. За счет повышенного количества кислорода в растворенном воздухе погруженные в воду металлы усиленно подвергаются разрушению (коррозии).

При замерзании чистая вода расширяется почти на 10%, у морского льда изменение объема происходит на меньшую величину. Поскольку вода при замерзании расширяется, увеличение внешнего давления понижает температуру ее замерзания; температура плавления льда, наоборот, повышается с давлением. В лабораторных условиях при давлении более 40 тыс. атмосфер можно получить лед, который будет плавиться при температуре 175°C. Теплоемкость и теплота плавления льда уменьшаются с температурой, теплопроводность же почти не зависит от температуры. Когда толщина льда на поверхности водоема достигает 15 см, он становится надежным теплоизолятором между водой и воздухом.

Морская вода замерзает при температуре – 1,91°C. При дальнейшем понижении температуры до – 8,2°C начинается осаждение сернокислого натрия, и только при температуре – 23°C из раствора выпадает хлористый натрий. Так как часть рассола при кристаллизации уходит изо льда, соленость его меньше солености морской воды. Многолетний морской лед настолько опресняется, что из него можно получать питьевую воду. Температура максимальной плотности морской воды ниже температуры замерзания. Это является причиной довольно интенсивной конвекции, охватывающей значительную толщу морской воды и затрудняющей замерзание. Теплоемкость морской воды стоит на третьем месте после теплоемкости водорода и жидкого аммиака.

Иногда вода замерзает при положительной температуре. Такое явление наблюдается в трубопроводах и почвенных капиллярах. В трубопроводах вода может замерзнуть при температуре +20°C. Объясняется это присутствием в воде метана. Поскольку молекулы метана занимают примерно в 2 раза больший объем, чем молекулы воды, они «расталкивают» молекулы воды, увеличивают расстояние между ними, что приводит к понижению внутреннего давления и повышению температуры замерзания. В почвенной влаге аналогичную роль выполняют молекулы белка. За счет влияния белковых молекул температура замерзания воды в почвенных капиллярах может возрасти до +4,4°C.

Снежинки, как правило, бывают в виде шести- и двенадцатилучевых звездочек, шестиугольных пластинок, шестигранных призм. При понижении температуры воздуха уменьшаются размеры образующихся кристаллов и возрастает разнообразие их форм. Особенности роста кристаллов в воздухе связаны с наличием в нем водяного пара.

Все знают, что сода в море соленая. Это зависит от концентрации растворенных в ней солей, но не всем известно, что в разных морях и океанах соленость воды неодинакова. Средняя соленость вод океана составляет 35%; соленость морской воды может изменяться от нуля вблизи мест впадения крупных рек до 40% в тропических морях. Вода для питья должна содержать менее 0,05% растворенных солей. Растения погибают при наличии в поливной воде в виде примеси более 0,25% солей.

Существующие в природе жидкости можно разделить на нормальные и ассоциированные. Нормальными называются те жидкости, у которых молекулы не объединяются в группы (ассоциации). Жидкости, не подчиняющиеся этому условию, называются ассоциированными. Вода принадлежит к числу ассоциированных жидкостей. Если бы вода была неассоциированной жидкостью, температура плавления льда в нормальных условиях была бы +1,43°C, а температура кипения воды 103°C. Как правило, теплоемкость жидкостей с температурой растет, но у воды с приближением к температуре +35°C теплоемкость после роста спадает до минимума, а затем снова переходит к монотонному росту. Происходит это из-за того, что при такой температуре разрушаются молекулярные ассоциации. Чем проще молекулярная структура, тем меньше теплоемкость вещества. Температура наибольшей плотности воды понижается с увеличением давления и при давлении 150 атмосфер достигает 0,7°C. Это также объясняется изменением структуры молекулярных ассоциаций.

Среди существующих в природе жидкостей вода обладает наибольшей теплоемкостью. Это предопределяет большое ее влияние на климат. Основным терморегулятором климата являются воды океанов и морей: накапливая тепло летом, они отдают его зимой. Отсутствие водоемов на местности обычно приводит к образованию резко континентального климата. Благодаря влиянию океанов на значительной части земного шара обеспечивается перевес осадков на суше над испарением, и организмы растений и животных получают нужное им для жизни количество воды. Водная и воздушная оболочки земного шара постоянно обмениваются углекислотой с горными породами, растительным и животным миром, что также способствует стабилизации климата.

Известно, что молекулы, находящиеся на поверхности жидкости, имеют избыток потенциальной энергии и поэтому стремятся втянуться внутрь так, что при этом на поверхности остается минимальное количество молекул. За счет этого вдоль поверхности жидкости всегда действует сила, стремящаяся сократить поверхность. Это явление в физике получило название поверхностного натяжения жидкости.

Среди существующих в природе жидкостей поверхностное натяжение воды уступает только ртути. С поверхностным натяжением воды связано ее сильное смачивающее действие (способность «прилипать» к поверхности многих твердых тел). Кроме того, вода является универсальным растворителем. Теплота ее испарения выше теплоты испарения любых других жидкостей, а теплота кристаллизации уступает лишь аммиаку.

В природе существует шесть изотопов кислорода. Три из них радиоактивны. Стабильными изотопами являются О¹⁶, О¹⁷ и О¹⁸. При испарении в водяной пар в основном переходит изотоп О¹⁶, неиспарившаяся же вода обогащается изотопами О¹⁷ и О¹⁸. В водах морей и океанов отношение О¹⁸ к О¹⁶ больше, чем в водах рек. В раковинах животных тяжелые изотопы кислорода встречаются чаще, чем в воде. Содержание изотопа О¹⁸ в атмосферном воздухе зависит от температуры. Чем выше температура воздуха, тем больше воды испаряется и тем большее количество О¹⁸ переходит в атмосферу. В период оледенений планеты содержание изотопа О¹⁸ в атмосфере было минимальным.

Как известно, молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода. В составе обычной воды H₂O имеется небольшое количество тяжелой воды D₂O и совсем незначительное количество сверхтяжелой воды T₂O. В молекулу тяжелой воды вместо обыкновенного водорода H – протия входит его тяжелый изотоп D – дейтерий, в состав молекулы сверхтяжелой воды входит еще более тяжелый изотоп водорода Т – тритий. В природной воде на 1 000 молекул H₂O приходится две молекулы D₂O и на одну молекулу T₂O – 10¹⁹ молекул H₂O.

Тяжелая вода D₂O бесцветна, не имеет ни запаха, ни вкуса и живыми организмами не усваивается. Температура ее замерзания 3,8°C, температура кипения 101,42°C и температура наибольшей плотности 11,6°C. По гигроскопичности тяжелая вода близка к серной кислоте. Ее плотность на 10% больше плотности природной воды, а вязкость превышает вязкость природной воды на 20%. Растворимость солей в тяжелой воде примерно на 10% меньше, чем в обычной воде. Поскольку D₂O испаряется медленнее легкой воды, в тропических морях и озерах ее больше, чем в водоемах полярных широт.

Комбинируя различные сочетания изотопов водорода и стабильных изотопов кислорода, можно получить следующие разновидности молекул воды: H₂O¹⁶, H₂O¹⁷, H₂O¹⁸, HDO¹⁶, HDO¹⁷, HDO¹⁸, D₂O¹⁶, D₂O¹⁷, D₂O¹⁸, T₂O¹⁶, T₂O¹⁷, T₂O¹⁸, THO¹⁶, THO¹⁷, THO¹⁸, TDO¹⁶, TDO¹⁷, TDO¹⁸. Если же использовать и нестабильные изотопы кислорода O¹⁴, O¹⁵ и O¹⁹, то всего можно получить 36 разновидностей воды. В природе чаще встречаются молекулы воды, построенные из наиболее распространенных изотопов. Молекул H₂O¹⁶ в природной воде содержится 99,73%, молекул H₂O¹⁸…0,2% и молекул H₂O¹⁷…0,04%.

Рассмотрим некоторые наиболее важные оптические свойства воды и льда. Не все знают, что вода прозрачна только для видимых лучей и сильно поглощает инфракрасную радиацию. Поэтому на инфракрасных фотографиях водная поверхность всегда получается черной. При прохождении света через слой морской воды толщиной в 0,5 м поглощаются только инфракрасные лучи, ниже поглощаются последовательно красные, желтые, а затем и сине-зеленые тона. По наблюдениям из батискафа человеческий глаз может обнаружить присутствие солнечного света на глубине до 600…700 м. Эталоном прозрачности воды является Саргассово море. Белый диск в этом море виден на глубине до 66,5 м. Дальность видимости снизу вверх в приповерхностном слое моря составляет около 100 м.

Не весь солнечный свет поглощается водой. Вода отражает 5% солнечных лучей, в то время как снег – около 85%. Под лед океана проникает только 2% солнечного света.

Синий цвет чистой океанской воды объясняется избирательным поглощением и рассеянием света в воде. В условиях диффузного освещения морской поверхности вследствие преобладания при этом отраженного света море выглядит более серым. При наличии ряби и волнения насыщенность цвета увеличивается (с подветренной стороны более, чем с наветренной).

Существенную роль в жизни растений играют оптические свойства водяного пара. Дело в том, что водяной пар сильно поглощает инфракрасные лучи с длиной волны от 5,5 до 7 микрон, что важно для предохранения почвы от заморозков. Еще более действенным средством от заморозков является выпадение росы и образование тумана: конденсация влаги сопровождается выделением большого количества тепла, задерживающего дальнейшее охлаждение почвы.

Зная физические свойства воды и льда, человек давно использует их в своей практической деятельности. Так, например, иногда применяется прокладка голых электрических проводов прямо по льду, так как электропроводность сухого льда и снега весьма мала. Она во много раз меньше электропроводности воды. Различные примеси оказывают значительное влияние на электропроводность воды и почти не изменяют электропроводности льда. Электропроводность химически чистой воды обусловлена частичной диссоциацией молекулы воды на ионы H⁺ и OH^–. Основное значение для электропроводности и воды и льда имеют перемещения ионов H⁺ («протонные перескоки»). Электропроводность химически чистой воды при 18°C равна 3,8·10^–8 Ом^–1·см^–1 а электропроводность морской воды около 5·10^–2 Ом^–1·см^–1. Электропроводность пресной природной воды может быть 1 000 раз меньше, чем морской. Это объясняется тем, что в воде морей и океанов растворено большее количество солей, чем в речной воде.

Существенную характеристику электрических свойств вещества дает относительная диэлектрическая проницаемость. У воды она имеет величину в пределах 79…81, у льда 3,26, у водяного пара 1,00705.

Без воды не было бы на Земле ни жизни, ни производства.

Судьбы и нравы рек

Оглавление

Текст издания:

Арабаджи Всеволод Исидорович. Загадки простой воды. М.: «Знание», 1973

Дата публикации:

7 сентября 2001 года

Вода под давлением замерзает при какой температуре

Температура — замерзание — вода

Температура замерзания воды в строительном растворе или бетоне практически должна быть ниже температуры замерзания, соответствующей данной концентрации водного раствора взятой соли, поскольку процесс замерзания происходит и в мелких порах и капиллярах. Кроме того, по мере твердения раствора или бетона с добавкой солей концентрация их меняется ( стр. [1]

Температура замерзания воды с увеличением давления понижается, а не повышается, как этого следовало бы ожидать. [2]

Температура замерзания воды с повышением давления уменьшается, почти линейно. [3]

Температура замерзания воды при нормальном атмосферном давлении принята за нулевую точку шкалы Цельсия, а температура ее кипения — за 100 этой шкалы. [5]

Температура замерзания воды с увеличением давления до 2000 ат понижается, а не повышается. [6]

Температура замерзания воды с увеличением давления по нижается, а не повышается, как этого следовало бы ожидать. [7]

Температура замерзания воды , находящейся в грунте, зависит от степени связанности ее с минеральными частицами грунта и от наличия в ней растворимых солей. При начальной стадии замерзания грунта в нем одновременно содержатся кристаллы льда и вода. Промерзает грунт только через 5 — 20 дней после наступления устойчивых холодов. [8]

Температура замерзания воды при нормальном атмосферном давлении принята за нулевую точку шкалы Цельсия, а температура ее кипения — за 100 этой шкалы. [10]

Температура замерзания воды из-за неточности термометра может не совпадать с нулем на шкале. В этом случае показание термометра, соответствующее температуре замерзания воды, принимается за 0 С ( I в дальнейшем другие температуры отсчитываются от этого показания. [11]

Температура замерзания воды с такой минерализацией составляет 251 К. [12]

Снижение температуры замерзания воды , а также изменение сроков схватывания цементных растворов в сторону их сокращения и улучшения характеристик цемент ного камня достигается усилением минерализации вод. м специальными химическими добавками солей и щелочей. [14]

Снижение температуры замерзания воды определяет количество введенного антифриза: поташа К2С03; хлористого магния MgCl2; хлористого кальция СаС12 и гликоля НО-СН2-СН2-ОН. Например, температура замерзания 20 % — ного водного раствора этиленгликоля составляет — 10 С. [15]

Чистая вода — считается самой лучшей жидкостью, которая отлично очищает и увлажняет организм. Человеческое тело состоит из воды где-то на 70%.

Если вы испытываете усталость, сонливость или вялость, то рекомендуется выпить один стакан теплой воды. По результатам эксперимента, человеку на один килограмм массы тела следует выпивать около 30 мл воды. Поэтому если ваш вес составляет 70 кг, то советуется каждый день потреблять 2,1 л воды. Чтобы удовлетворить потребности организма в жидкости, рекомендуется ежедневно выпивать не менее 1,5 литра воды, можно пить каждые 40-50 минут по пол стакана водички.

Вода обладает многими полезными свойствами и без неё невозможно жизнь на Земле. Все знают, чтобы вода замерзла, температура замерзания должна быть 0 градусов Цельсия, но это в случае нормальных природных условиях.

Стоит отметить, что давление в разных точках земного шара существенно отличается, поэтому температура замерзания воды зависит от определенного показателя давления.

Важно понять тот факт, что чем выше будет давление в окружающей среде, тем больше температура замерзания или наоборот, чем ниже в природной среде давление, тем меньше температура кристализации.

Температура замерзания воды в океанах и морях

Не забывайте учитывать наличие молекул и примесей в воде. Они сильно влияют на температуру замерзания воды. К примеру, солёная вода способна замерзать при очень низких температурах (около -2 градусов Цельсия).

Если взять абсолютно чистую воду, то она может даже не замерзнуть при температуре -70 градусов Цельсия. Кровь рыб обычно замерзает при температуре -1 °С. Многие ученые задавались вопросом, как рыбам удается не замерзнуть при слишком низких температурах. Оказывается, существуют такие виды рыб, которые способны вырабатывать в поджелудочной железе белки. Именно они впитываются кровью и не дают возможности начать процесс кристализации.

Интересные свойства и значения воды

1. Дистиллированная вода является отличным диэлектриком и почти не способна проводить ток.
2. При замерзании и испарении она расширяется.
3. Единственное вещество, которому удается находиться сразу в трёх агрегатных состояниях.
4. Способна растворить практически все вещества на Земле.
5. Ледники содержат в себе около 2/3 части всего мирового запаса пресной воды.
6. Принято считать, что температура замерзания пресной воды составляет 0 градусов по Цельсию, а морская вода замерзает при температуре — -1,8°С.

Моментальная заморозка воды — видео

И вот, начались отрицательные температуры. Сегодня под утро обещают до -3, и уже сейчас на термометре 0.

Выпал снег, и появилась угроза замерзания воды в садовом водопроводе:

Компостная куча и деревья в снегу:

Ветви ели и электрические провода в снегу:

Все сливают воду из летних водопроводов. Я пока не слил, и на то у меня есть две причины — побудительная и рассудительная. Побудительная — не хочется несколько дней до намеченного отъезда в город пользоваться холодным рукомойником. А рассудительная причина объясняет, почему этого можно действительно не делать.

Начну с того, что на даче я живу только в тёплое время года, когда температуры воздуха исключительно положительные. Дом у меня хотя и утеплённый, но по своим теплоизоляционным характеристикам не предназначен для зимнего проживания. Да, он утеплён слоями пенопласта и фольгированной изоляцией, но это утепление недостаточно для существенных температурных минусов. Поэтому и с водопроводом я особенно не стал заморачиваться. Погружной насос в колодце накачивает воду в гидроаккумулятор, находящийся в неотапливаемом хозблоке, по трубе ПНД диаметром 32 мм, а раздача на восемь точек на участке идёт трубами ПНД диаметром 25 мм. Трубы, где они не мешают, лежат прямо на поверхности земли, а в других местах просто слегка углублены в грунт.

Из школьного курса физики я точно знаю, что точка перехода воды из жидкого состояния в твёрдое находится на отметке 0 градусов. Но что-то мне подсказывало, что температура замерзания воды в трубе будет немного ниже. Чётко объяснить причину такого ощущения я не мог, и полез в Интернет, чтобы узнать точно, при какой температуре вода в трубах реально замерзает. И действительно, я нашёл информацию, что для замерзания воды в трубе нужны температуры -5 — -7 градусов, стоящие в течение несколько дней! Не знаю, насколько это правда, но это означало, что, по крайней мере, одну ночь при температуре -3 водопровод точно должен выдержать.

То, что чёрная пластиковая труба ПНД идёт в верхнем плодородном слое земли, в котором продолжают происходить процессы гниения с непременным выделением тепла, внушает мне дополнительный оптимизм. Ну и, наконец, я особенно ничем не рискую — труба ПНД переносит достаточное количество циклов замерзания-оттаивания воды в ней. Максимум что может произойти — ослабнут фитинги, но их всегда можно подкрутить. Гидроаккумулятор стоит хоть в неотапливаемом, но закрытом помещении, что тоже должно способствовать его защите от небольшого минуса. В общем, я решил пока что воду не сливать. Хотя тревожат закрытые шаровые краны, те, что на улице. Пожалуй, это единственное слабое место. Если они не переживут ночь, придётся думать дальше. Но эксперимент есть эксперимент. Завтра отпишусь о результатах (если будет время в перерывах между проливами труб кипятком )))

P.S.: Знаю ещё, что не замерзает текущая вода. Видимо потому, что не успевает выстроится кристаллическая решётка. Ну и если речь о водопроводе, то новые порции воды всегда на несколько градусов теплее нуля. Так, на дне колодца температура воды около +4 градусов. Так что при экстремальном минусе можно немного приоткрыть краники на концах раздаточных водопроводных линий. Главное, чтобы вода в колодце не кончилась )))

А вот статическое давление на температуру замерзания влияет очень слабо. Так, чтобы точку замерзания сместить на 1 градус ниже нуля, нужно 130 атмосфер. В водопроводе же всего около 3 атмосфер. Так что часто встречающийся в Интернете и безбожно растиражированный бред про незамерзающие из-за давления колонки в деревнях — полная чушь. В колонке выше глубины промерзания грунта воды просто нет. Она там появляется только при нажатии на рычаг, и стекает обратно при его отпускании. Чтобы убедиться в этом, достаточно посчитать количество времени, проходящее между нажатием на рычаг и появлением из колонки воды, или просто изучить конструкцию колонки в Интернете.

UPD 18.10.2014 18:10:

Отчитываюсь. Ночью было -1,5 градуса.

1. Трубы ПНД диаметром 32 и 25 мм, проложенные просто по земле, а также слега присыпанные землёй не замёрзли. То же и с трубами рядом со стенами неотапливаемых помещений, расположенных у меня до высоты 150 см. То есть трубы ПНД никакие не замёрзли нигде несмотря на полное отсутствие в них движения воды.
2. Закрытые шаровые краны 15 мм (1/2″) замёрзли, но их не порвало. Очень быстро оттаили после полива их сверху горячей водой.
3. Узкие гибкие подводки и керамические краны рукомойника замёрзли, но тоже быстро оттаили после полива их сверху горячей водой.
4. Гидроаккумулятор 50 литров в неотапливаемом помещении не замёрз.
5. Температура в 30-литровом бойлере, установленном в неотапливаемом душе, за ночь упала с 75 до 45 градусов.

Таким образом констатирую, что несмотря на критичную температуру -1,5 градуса, система выдержала. А вот на участке catslover ситуация иная. Там труба ПНД 25 мм, проложенная в 2 метрах над землёй не замёрзла, а такая же труба, проложенная по забору в 50-80 см над землёй — замёрзла. Возможно, в полуметре над землёй температура ниже, чем на высоте 2 метров, а у самой земли температура снова поднимается за счёт выделения тепла из недр, тепла, накопленного за день, а также за счёт выделения тепла в процессе гниения органики в плодородном слое.

Сейчас температура держится у отметки -0,5 градусов. Ещё утром все шаровые краны и краны уличного умывальника я немножко приоткрыл, чтобы из них тоненькой струйкой сочилась вода. За день они не замёрзли. Надеюсь, что в таком режиме они переживут и ночь. Расход воды небольшой, колодец опустошиться не должен. О том, как система переживёт вторую ночь отрицательных температур, отпишусь завтра.

UPD 19.10.2014 02:10:

В общем, эксперимент пришлось прервать из-за отсутствия достаточного количества воды в колодце )))
У меня из 8 точек разбора воды 7 находятся на улице. Поскольку они все были приоткрыты во избежание порчи шаровых кранов, то за день они высосали у меня весь колодец! Осень была довольно сухая, и дебет колодца сейчас весьма низок. В итоге я слил таки всю воду из системы и вытащил насос.

В следующем году думаю докупить 15 метров ПНД 25 мм и пару шаровых, и разделить всю свою систему на 2 части — дом и всё остальное. При минусах буду сливать всё, кроме линии на дом. Если 7 струек выкачали колодец за 10 часов, то одна струйка выкачает его за 3 дня. Возможно, в этом случае дебет колодца будет достаточным для того, чтобы он успевал восполнять выкаченное. Вот так )

UPD 19.10.2014 17:10:

Интересное наблюдение. Ночью было -7,5 градусов. На бочках лёд около 2 сантиметров, причём и сверху, и на стенках. А вот на дне нет! Значит, тепло от земли идёт. Стало быть, правильно я водопровод по земле проложил, а не по забору. А ведь хотел по забору.

Физические свойства воды

>
Физические свойства воды

• Состояние (ст.усл.): жидкость
• Плотность: 0,9982 г/куб.см
• Динамическая вязкость (ст.усл.): 0,00101 Па•с (при 20°C)
• Кинематическая вязкость (ст.усл.): 0,01012 кв.см/с (при 20°C)

Термические свойства воды:

• Температура плавления: 0°C
• Температура кипения: 99,974°C
• Тройная точка: 0,01 °C, 611,73 Па
• Критическая точка: 374°C, 22,064 MПа
• Молярная теплоёмкость(ст.усл.): 75,37 Дж/(моль•К)
• Теплопроводность(ст.усл.): 0,56 Вт/(м•K)

Агрегатные состояния воды:

• Твёрдое — лёд.
• Жидкое — вода.
• Газообразное — водяной пар.

При атмосферном давлении вода замерзает (превращается в лёд) при температуре в 0°C и кипит (превращается в водяной пар) при температуре 100°C.

При снижении давления температура плавления воды медленно растёт, а температура кипения — падает.

При давлении в 611,73 Па (около 0,006 атм) температура кипения и плавления совпадает и становится равной 0,01°C. Такое давление и температура называются тройной точкой воды.

При более низком давлении вода не может находиться в жидком состоянии, и лёд превращается непосредственно в пар. Температура возгонки льда падает со снижением давления.

При росте давления температура кипения воды растёт, плотность водяного пара в точке кипения тоже растёт, а жидкой воды — падает.

При температуре 374°C (647 K) и давлении 22,064 МПа (218 атм) вода проходит критическую точку. В этой точке плотность и другие свойства жидкой и газообразной воды совпадают.

При более высоком давлении нет разницы между жидкой водой и водяным паром, следовательно, нет и кипения или испарения.

Так же возможны метастабильные состояния — пересыщенный пар, перегретая жидкость, переохлаждённая жидкость. Эти состояния могут существовать длительное время, однако они неустойчивы и при соприкосновении с более устойчивой фазой происходит переход. Например, нетрудно получить переохлаждённую жидкость, охладив чистую воду в чистом сосуде ниже 0°C, однако при появлении центра кристаллизации жидкая вода быстро превращается в лёд.

Вода обладает рядом необычных особенностей:

• При таянии льда, его плотность увеличивается (с 0,9 до 1 г/куб.см). Почти у всех остальных веществ при плавлении плотность уменьшается.
• При нагревании от 0°C до 4°C (точнее 3,98°C), вода сжимается. Благодаря этому могут жить рыбы в замерзающих водоёмах: когда температура падает ниже 4°C, более холодная вода, как менее плотная остаётся на поверхности и замерзает, а под льдом сохраняется положительная температура.
• Высокая температура и удельная теплота плавления (0°C и 333,55 кДж/кг), температура кипения (100°C) и удельная теплота парообразования (2250 КДж/кг), по сравнению с соединениями водорода с похожим молекулярным весом.
• Высокая теплоёмкость жидкой воды.
• Высокая вязкость.
• Высокое поверхностное натяжение.
• Отрицательный электрический потенциал поверхности воды.

Все эти особенности связаны с наличием водородных связей. Из-за большой разности электроотрицательностей атомов водорода и кислорода электронные облака сильно смещены в сторону кислорода. По причине этого, а также того, что ион водорода не имеет внутренних электронных слоев и обладает малыми размерами, он может проникать в электронную оболочку отрицательно поляризованного атома соседней молекулы. Благодаря этому, каждый атом кислорода притягивается к атомам водорода других молекул и наоборот. Каждая молекула воды может участвовать максимум в четырёх водородных связях: 2 атома водорода — каждый в одной, а атом кислорода — в двух; в таком состоянии молекулы находятся в кристалле льда. При таянии льда часть связей рвётся, что позволяет уложить молекулы воды плотнее; при нагревании воды связи продолжают рваться, и плотность её растёт, но при температуре выше 4°С этот эффект становится слабее, чем тепловое расширение. При испарении рвутся все оставшиеся связи. Разрыв связей требует много энергии, отсюда высокая температура и удельная теплота плавления и кипения и высокая теплоёмкость. Вязкость воды обусловлена тем, что водородные связи мешают молекулам воды двигаться с разными скоростями.

По сходным причинам вода является хорошим растворителем полярных веществ. Каждая молекула растворяемого вещества окружается молекулами воды, причём положительно заряженные участки молекулы растворяемого вещества притягивают атомы кислорода, а отрицательно заряженные — атомы водорода. Поскольку молекула воды мала по размерам, много молекул воды могут окружить каждую молекулу растворяемого вещества.

Это свойство воды используется живыми существами. В живой клетке и в межклеточном пространстве вступают во взаимодействие растворы различных веществ в воде. Вода необходима для жизни всех без исключения одноклеточных и многоклеточных живых существ на Земле.

Чистая (не содержащая примесей) вода — хороший изолятор. При нормальных условиях вода слабо диссоциирована и концентрация протонов (точнее, ионов гидроксония H₃O+) и гидроксильных ионов HO — составляет 0,1 мкмоль/л. Но поскольку вода — хороший растворитель, в ней практически всегда растворены те или иные соли, то есть в воде присутствуют положительные и отрицательные ионы. Благодаря этому вода проводит электричество. По электропроводности воды можно определить её чистоту.

Вода имеет показатель преломления n=1,33 в оптическом диапазоне. Однако она сильно поглощает инфракрасное излучение, и поэтому водяной пар является основным естественным парниковым газом, отвечающим более чем за 60% парникового эффекта. Благодаря большому дипольному моменту молекул, вода также поглощает микроволновое излучение, на чём основан принцип действия микроволновой печи.

Понравилось? Поделись с друзьями!

Please enable JavaScript to view the comments powered by Disqus.blog comments powered by

Металлический водород — ключ к новой энергетике – Наука – Коммерсантъ

В физико-химической среде ведущих научных центров мира вдохновенно обсуждается возможность создания сверхпроводников, работающих при комнатной температуре. Это открывает колоссальные возможности в электротехнике и энергетике. По мнению академика РАН, директора Института высоких давлений РАН Вадима Бражкина, возможно, одна из ближайших Нобелевских премий будет именно за это.

Виктор Стружкин (научный сотрудник Center for High Pressure Science and Technology Advanced Research, Shanghai, Китай) объяснил «Ъ-Науке» физическую природу явления: «Гидриды могут иметь очень высокие температуры сверхпроводимости из-за того, что легкие атомы водорода (H) имеют очень высокие частоты колебаний, что в рамках фононного механизма сверхпроводимости, описываемого классической теорией Бардина—Купера—Шриффера, приводит к высоким значениям температуры сверхпроводмости. Однако, как было отмечено Ашкрофтом (Ashcroft), важно «сплавить» металлический водород с другими элементами. Именно эта концепция металлического сплава, содержащего высокую концентрацию металлоподобных атомов водорода, и сыграла решающую роль в открытии новых супергидридов с высокой температурой сверхпроводимости».

Старший научный сотрудник Института ядерных исследований РАН и завсектором физики высоких давлений Института кристаллографии ФНИЦ «Кристаллография и фотоника» РАН Александр Гаврилюк пояснил специально для “Ъ-Науки” вопрос о сверхпроводимости полигидридов редкоземельных элементов La, Y и Ce: «История комнатной сверхпроводимости идет от проблемы металлического водорода, которая состоит в предсказании того факта, что водород при сильном сжатии должен перейти в металлическое состояние, и не просто в металлическое состояние, а в состояние сверхпроводника с температурой сверхпроводимости много больше комнатной температуры. Но и это еще не все; это состояние может быть метастабильным. То есть эта фаза может сохраниться даже при сбросе давления до атмосферного и остаться при этом металлической и сверхпроводящей при температуре выше комнаты. Вот в чем прелесть, есть надежда получить материал с уникальными свойствами сверхпроводника при нормальных условиях.

После того как эта задача была сформулирована, были предприняты грандиозные усилия по развитию и совершенствованию техники высоких давлений и экспериментальных методик, которые можно применить для исследования веществ в этих экстремальных условиях. Были разработаны камеры высокого давления с алмазными наковальнями, отработаны методики зарядки образцов и достижения как можно более высоких давлений. На сегодняшний день достигнуты давления порядка 6 Мбар. Но размеры образцов при таких давлениях чрезвычайно малы — несколько микрон, и практически никакие экспериментальные методики при этом невозможно применить.

К 2012 году стало понятно, что если чистый водород и можно «задавить» в металл, то это будет при давлениях не меньше 4,6 Мбар. Тогда появились разные идеи, как понизить давление перехода. Один из подходов заключается в том, чтобы сжимать не чистый водород, а водород с примесными атомами, которые привносят так называемое химическое давление в эту смесь за счет своих электронных оболочек. В результате вы имеете много водорода и мало примесей, но при этом система как бы уже предварительно сильно сжата за счет взаимодействия с электронной системой примесных атомов («химическое давление») и вам нужно только немного добавить обычного внешнего давления, чтобы окончательно осуществить фазовый переход водорода в металлическое состояние. Вот грубо в чем смысл. Конечно же, корректная картина гораздо сложнее, нельзя разделять отдельно водород и отдельно примесные ионы — это единая сложная квантово-механическая система. Но грубый смысл примерно такой.

История открытия сверхпроводимости с рекордными значениями ее температуры началась в 2015 году с открытия сверхпроводимости в гидриде серы Sh4 при очень высоких давлениях P~1,5 Мбар (1 Мбар = 1 млн атмосфер) с рекордной на то время температурой перехода Tc ~ 203 K. Это существенно превышало предыдущий рекорд в классических высокотемпературных сверхпроводниках (ВТСП) на основе купратов. Наша группа принимала непосредственное участие в этом событии, а именно мы экспериментально подтвердили сверхпроводимость в Sh4 по эффекту экранирования магнитного поля материалом сверхпроводника. В 2019 году были экспериментально открыты переходы в сверхпроводящее состояние в полигидриде лантана Lah20 (Tc~250–260 K) и в полигидриде иттрия YH6 (температура сверхпроводимости ~221 K) также при очень высоких давлениях 1,5–1,7 Мбар. Что подтвердило теоретические предположения о возможности очень высоких величин Tc в этих материалах. Дальнейшее развитие событий — обнаружение сверхпроводящего состояния в тройном соединении S-C-H с температурой сверхпроводимости ~ 14 C (14 градусов Цельсия, а не Кельвина, то есть существенно выше температуры замерзания воды) в 2020 году при давлении выше 2 Мбар. Это уже практически комнатная сверхпроводимость. Энтузиазм в научной среде очень большой, работ, как экспериментальных, так и теоретических, можество, но пока данные исследования носят в основном фундаментальный характер, так как практическое использование сверхпроводника стабильного при таких сверхвысоких давлениях (1,5–2,5 Мбар) маловероятно. Тем не менее этими работами экспериментально доказано, что сверхпроводимость существует при температурах, близких к комнатной. Примерно понятны кристаллические структуры, в которых она существует, и механизм ее стабилизации. Осталось воспроизвести материал с похожей кристаллической и электронной структурой при нормальном давлении».

Профессор «Сколково» Артем Оганов также отметил, что «эти сверхпроводники требуют очень высоких давлений и технологически малоприменимы». Виктор Стружкин также пока не видит перспектив у практического применения новых сверхпроводящих гидридов.

Однако если исследователи найдут в ближайшее время гидриды, которые в метастабильном состоянии и при атмосферном давлении будут демонстрировать комнатную сверхпроводимость, это откроет широкие перспективы к коммерческому применению комнатной сверхпроводимости в народном хозяйстве.

Владимир Тесленко, кандидат химических наук

Зависимость температуры кипения от давления. Движение. Теплота

Зависимость температуры кипения от давления

Температура кипения воды равна 100 °C; можно подумать, что это неотъемлемое свойство воды, что вода, где бы и в каких условиях она ни находилась, всегда будет кипеть при 100 °C.

Но это не так, и об этом прекрасно осведомлены жители высокогорных селений.

Вблизи вершины Эльбруса имеется домик для туристов и научная станция. Новички иногда удивляются, «как трудно сварить яйцо в кипятке» или «почему кипяток не обжигает». В этих случаях им указывают, что вода кипит на вершине Эльбруса уже при 82 °C.

В чем же тут дело? Какой физический фактор вмешивается в явление кипения? Какое значение имеет высота над уровнем моря?

Этим физическим фактором является давление, действующее на поверхность жидкости. Не нужно забираться на вершину горы, чтобы проверить справедливость сказанного.

Помещая подогреваемую воду под колокол и накачивая или выкачивая оттуда воздух, можно убедиться, что температура кипения растет при возрастании давления и падает при его уменьшении.

Вода кипит при 100 °C только при определенном давлении – 760 мм Hg.

Кривая температуры кипения в зависимости от давления показана на рис. 98. На вершине Эльбруса давление равно 0,5 атм, этому давлению и соответствует температура кипения 82 °C.

А вот водой, кипящей при 10–15 мм Нg, можно освежиться в жаркую погоду. При этом давлении температура кипения упадет до 10–15 °C.

Можно получить даже «кипяток», имеющий температуру замерзающей воды. Для этого придется снизить давление до 4,6 мм Hg.

Интересную картину можно наблюдать, если поместить открытый сосуд с водой под колокол и откачивать воздух. Откачка заставит воду закипеть, но кипение требует тепла. Взять его неоткуда, и воде придется отдать свою энергию. Температура кипящей воды начнет падать, но так как откачка продолжается, то падает и давление. Поэтому кипение не прекратится, вода будет продолжать охлаждаться и в конце концов замерзнет.

Такое кипение холодной воды происходит не только при откачке воздуха. Например, при вращении гребного корабельного винта давление в быстро движущемся около металлической поверхности слое воды сильно падает и вода в этом слое закипает, т.е. в ней появляются многочисленные наполненные паром пузырьки. Это явление называется кавитацией (от латинского слова cavitas – полость).

Снижая давление, мы понижаем температуру кипения. А увеличивая его? График, подобный нашему, отвечает на этот вопрос. Давление в 15 атм может задержать кипение воды, оно начнется только при 200 °C, а давление в 80 атм заставит воду закипеть лишь при 300 °C.

Итак, определенному внешнему давлению соответствует определенная температура кипения. Но это утверждение можно и «перевернуть», сказав так: каждой температуре кипения воды соответствует свое определенное давление. Это давление называется упругостью пара.

Кривая, изображающая температуру кипения в зависимости от давления, является одновременно и кривой упругости пара в зависимости от температуры.

Цифры, нанесенные на график температуры кипения (или на график упругости пара), показывают, что упругость пара меняется очень резко с изменением температуры. При 0 °C (т.е. 273 K) упругость пара равна 4,6 мм Hg, при 100 °C (373 K) она равна 760 мм, т. е, возрастает в 165 раз. При повышении температуры вдвое (от 0 °C, т.е. 273 K, до 273 °C, т.е. 546 K) упругость пара возрастает с 4,6 мм Hg почти до 60 атм, т.е. примерно в 10000 раз.

Поэтому, напротив, температура кипения меняется с давлением довольно медленно. При изменении давления вдвое – от 0,5 атм до 1 атм, температура кипения возрастает от 82 °C (т.е. 355 K) до 100 °C (т.е. 373 K) и при изменении вдвое от 1 атм до 2 атм – от 100 °C (т.е. 373 K) до 120 °C (т.е. 393 K).

Та же кривая, которую мы сейчас рассматриваем, управляет и конденсацией (сгущением) пара в воду.

Превратить пар в воду можно либо сжатием, либо охлаждением.

Как во время кипения, так и в процессе конденсации точка не сдвинется с кривой, пока превращение пара в воду или воды в пар не закончится полностью. Это можно сформулировать еще и так: в условиях нашей кривой и только при этих условиях возможно сосуществование жидкости и пара. Если при этом не подводить и не отнимать тепла, то количества пара и жидкости в закрытом сосуде будут оставаться неизменными. Про такие пар и жидкость говорят, что они находятся в равновесии, и пар, находящийся в равновесии со своей жидкостью, называют насыщенным.

Кривая кипения и конденсации имеет, как мы видим, еще один смысл – это кривая равновесия жидкости и пара. Кривая равновесия делит поле диаграммы на две части. Влево и вверх (к большим температурам и меньшим давлениям) расположена область устойчивого состояния пара. Вправо и вниз – область устойчивого состояния жидкости.

Кривая равновесия пар – жидкость, т.е. кривая зависимости температуры кипения от давления или, что то же самое, упругости пара от температуры, примерно одинакова для всех жидкостей. В одних случаях изменение может быть несколько более резким, в других – несколько более медленным, но всегда упругость пара быстро растет с увеличением температуры.

Уже много раз мы пользовались словами «газ» и «пар». Эти два слова довольно равноправны. Можно сказать: водяной газ есть пар воды, газ кислород есть пар кислородной жидкости. Все же при пользовании этими двумя словами сложилась некоторая привычка. Так как мы привыкли к определенному относительно небольшому интервалу температур, то слово «газ» мы применяем обычно к тем веществам, упругость пара которых при обычных температурах выше атмосферного давления. Напротив, о паре мы говорим тогда, когда при комнатной температуре и давлении атмосферы вещество более устойчиво в виде жидкости.

Лед / вода — точки плавления при более высоком давлении

Температура плавления: Температура, при которой твердое вещество превращается в жидкость.

Температура плавления воды зависит от давления над льдом (твердая вода), а точка плавления или температура замерзания уменьшается с увеличением давления. По определению, 0 ° C соответствует температуре плавления воды при давлении в 1 атмосферу.

Онлайн-калькулятор точки плавления льда в воду

Калькулятор, представленный ниже, можно использовать для расчета точки плавления воды при заданном давлении.
Температура на выходе указывается в ° C, ° F, K и ° R.

Примечание! Давление должно быть в пределах 0,01–2000 бар, 0,1–29 000 фунтов на кв. Дюйм, 5–1500 000 мм рт. Ст. Или 0,2–59000 дюймов рт. Ст.

Термодинамические свойства при стандартных условиях см. В разделе «Вода и тяжелая вода».
См. Также другие свойства Вода при изменяющейся температуре и давлении : Точки кипения при высоком давлении, Точки кипения при вакуумном давлении, Плотность и удельный вес, Динамическая и кинематическая вязкость, Энтальпия и энтропия, Теплота испарения, Константа ионизации , pK _w , нормальной и тяжелой воды, число Прандтля, свойства в условиях равновесия газ-жидкость, давление насыщения, удельный вес, удельная теплоемкость (теплоемкость), удельный объем, теплопроводность, температуропроводность и давление пара в газе. жидкое равновесие.

Фазовые диаграммы | Химия

ЦЕЛИ ОБУЧЕНИЯ

К концу этого раздела вы сможете:

• Объясните устройство и использование типовой фазовой диаграммы
• Используйте фазовые диаграммы для определения стабильных фаз при заданных температурах и давлениях и для описания фазовых переходов, возникающих в результате изменения этих свойств
• Опишите сверхкритическую жидкую фазу вещества

Рисунок 1.Физическое состояние вещества и температуры его фазовых переходов графически представлены на фазовой диаграмме.

В предыдущем модуле было описано изменение равновесного давления пара жидкости в зависимости от температуры. Учитывая определение точки кипения, графики зависимости давления пара от температуры показывают, как точка кипения жидкости изменяется с давлением. Также было описано использование кривых нагрева и охлаждения для определения точки плавления (или замерзания) вещества.Выполнение таких измерений в широком диапазоне давлений дает данные, которые могут быть представлены графически в виде фазовой диаграммы. Фазовая диаграмма объединяет графики зависимости давления от температуры для равновесия фазового перехода жидкость-газ, твердое тело-жидкость и твердое тело-газ в веществе. Эти диаграммы показывают физические состояния, которые существуют при определенных условиях давления и температуры, а также обеспечивают зависимость от давления температур фазовых переходов (точки плавления, точки сублимации, точки кипения).Типичная фазовая диаграмма чистого вещества показана на рисунке 1.

Чтобы проиллюстрировать полезность этих графиков, рассмотрим фазовую диаграмму для воды, показанную на рисунке 2.

Рис. 2. Оси давления и температуры на этой фазовой диаграмме воды построены не в постоянном масштабе, чтобы проиллюстрировать несколько важных свойств.

Мы можем использовать фазовую диаграмму для определения физического состояния образца воды при определенных условиях давления и температуры.Например, давление 50 кПа и температура -10 ° C соответствуют области диаграммы, обозначенной «лед». В этих условиях вода существует только в твердом виде (лед). Области «воды» соответствуют давление 50 кПа и температура 50 ° C — здесь вода существует только в виде жидкости. При 25 кПа и 200 ° C вода существует только в газообразном состоянии. Обратите внимание, что на фазовой диаграмме H ₂ O оси давления и температуры не приведены в постоянном масштабе, чтобы можно было проиллюстрировать некоторые важные особенности, как описано здесь.

Кривая BC на рисунке 2 представляет собой график зависимости давления пара от температуры, как описано в предыдущем модуле этой главы. Эта кривая «жидкость-пар» разделяет жидкую и газообразную области на фазовой диаграмме и обеспечивает точку кипения воды при любом давлении. Например, при 1 атм температура кипения составляет 100 ° C. Обратите внимание, что кривая жидкость-пар заканчивается при температуре 374 ° C и давлении 218 атм, что указывает на то, что вода не может существовать как жидкость выше этой температуры, независимо от давления.По физическим свойствам вода в этих условиях занимает промежуточное положение между ее жидкой и газообразной фазами. Это уникальное состояние вещества называется сверхкритической жидкостью, и эта тема будет описана в следующем разделе этого модуля.

Рис. 3 Лиофилизированные продукты, такие как это мороженое, обезвоживаются путем сублимации при давлениях ниже тройной точки для воды. (кредит: ʺlwaoʺ / Flickr)

Кривая твердое тело-пар, обозначенная AB на рисунке 2, показывает температуры и давления, при которых лед и водяной пар находятся в равновесии.Эти пары данных температуры и давления соответствуют точкам сублимации или осаждения воды. Если бы мы могли увеличить масштаб линии твердое тело — газ на рисунке 2, мы бы увидели, что лед имеет давление пара около 0,20 кПа при -10 ° C. Таким образом, если мы поместим замороженный образец в вакуум с давлением менее 0,20 кПа, лед возгонится. Это основа для процесса «сублимационной сушки», часто используемого для консервирования пищевых продуктов, таких как мороженое, показанное на Рисунке 3.

Кривая твердое тело-жидкость, обозначенная BD, показывает температуру и давление, при которых лед и жидкая вода находятся в равновесии, представляя точки плавления / замерзания воды.Обратите внимание, что эта кривая имеет небольшой отрицательный наклон (сильно преувеличенный для ясности), что указывает на то, что температура плавления воды немного снижается с увеличением давления. Вода — необычное вещество в этом отношении, так как большинство веществ демонстрируют повышение температуры плавления с увеличением давления. Такое поведение частично отвечает за движение ледников, как показано на рисунке 4. Дно ледника испытывает огромное давление из-за своего веса, которое может растопить часть льда, образуя слой жидкой воды, на котором ледник может легче скользить.

Рис. 4. Огромное давление под ледниками приводит к частичному таянию с образованием слоя воды, обеспечивающей смазку, способствующую движению ледников. На этом спутниковом снимке показан приближающийся край ледника Перито-Морено в Аргентине. (кредит: НАСА)

Точка пересечения всех трех кривых обозначена буквой B на рисунке 2. При давлении и температуре, представленных этой точкой, все три фазы воды сосуществуют в равновесии. Эта пара данных температура-давление называется тройной точкой .При давлениях ниже тройной точки вода не может существовать в виде жидкости независимо от температуры.

Пример 1

Определение состояния воды

Используя фазовую диаграмму для воды, приведенную на рисунке 10.30, определите состояние воды при следующих температурах и давлениях:

(а) −10 ° C и 50 кПа

(б) 25 ° C и 90 кПа

(c) 50 ° C и 40 кПа

(d) 80 ° C и 5 кПа

(e) −10 ° C и 0.3 кПа

(f) 50 ° C и 0,3 кПа

Решение

Используя фазовую диаграмму воды, мы можем определить, что состояние воды при каждой заданной температуре и давлении следующее: (а) твердое; (б) жидкость; (c) жидкость; (г) газ; (д) твердые; (е) газ.

Проверьте свои знания

Какие фазовые изменения могут претерпеть вода при изменении температуры, если давление поддерживается на уровне 0,3 кПа? Если давление удерживается на уровне 50 кПа?

Ответ : на 0.3 кПа: [латекс] \ text {s} \ longrightarrow \ text {g} [/ latex] при –58 ° C. При 50 кПа: [латекс] \ text {s} \ longrightarrow \ text {l} [/ latex] при 0 ° C, l ⟶ г при 78 ° C

Рассмотрим фазовую диаграмму для диоксида углерода, показанную на рисунке 5, в качестве другого примера. Кривая твердое тело-жидкость имеет положительный наклон, что указывает на то, что температура плавления CO ₂ увеличивается с давлением, как и для большинства веществ (вода является заметным исключением, как описано ранее). Обратите внимание, что тройная точка намного выше 1 атм, что указывает на то, что диоксид углерода не может существовать в виде жидкости в условиях атмосферного давления.Вместо этого охлаждение газообразного диоксида углерода до 1 атм приводит к его осаждению в твердом состоянии. Точно так же твердый диоксид углерода не плавится при давлении 1 атм, а вместо этого сублимируется с образованием газообразного CO ₂ . Наконец, обратите внимание, что критическая точка для углекислого газа наблюдается при относительно умеренных температуре и давлении по сравнению с водой.

Рис. 5. Оси давления и температуры на этой фазовой диаграмме диоксида углерода не приведены в постоянном масштабе, чтобы проиллюстрировать несколько важных свойств.

Пример 2

Определение состояния двуокиси углерода

Используя фазовую диаграмму для диоксида углерода, показанную на рисунке 5, определите состояние CO ₂ при следующих температурах и давлениях:

(а) −30 ° C и 2000 кПа

(б) −60 ° C и 1000 кПа

(c) −60 ° C и 100 кПа

(d) 20 ° C и 1500 кПа

(e) 0 ° C и 100 кПа

(f) 20 ° C и 100 кПа

Решение

Используя приведенную фазовую диаграмму для диоксида углерода, мы можем определить, что состояние CO ₂ при каждой заданной температуре и давлении является следующим: (a) жидкий; (б) твердые; (c) газ; (г) жидкость; е) газ; (е) газ.

Проверьте свои знания

Определить фазовые изменения диоксида углерода при изменении его температуры, таким образом поддерживая его давление постоянным на уровне 1500 кПа? При 500 кПа? При каких примерных температурах происходят эти фазовые переходы?

Ответ : при 1500 кПа: [латекс] \ text {s} \ longrightarrow \ text {l} [/ latex] при -45 ° C, [латекс] \ text {l} \ longrightarrow \ text {g} [ / латекс] при -10 ° С; при 500 кПа: [латекс] \ text {s} \ longrightarrow \ text {g} [/ latex] при –58 ° C

Сверхкритические жидкости

Если мы поместим образец воды в герметичный контейнер при температуре 25 ° C, удалим воздух и позволим установиться равновесию испарения и конденсации, у нас останется смесь жидкой воды и водяного пара с давлением 0.03 атм. Четко прослеживается четкая граница между более плотной жидкостью и менее плотным газом. По мере увеличения температуры давление водяного пара увеличивается, как описано кривой жидкость-газ на фазовой диаграмме для воды (рис. 2), и сохраняется двухфазное равновесие жидкой и газообразной фаз. При температуре 374 ° C давление пара повысилось до 218 атм, и любое дальнейшее повышение температуры приводит к исчезновению границы между жидкой и паровой фазами.Вся вода в контейнере теперь находится в одной фазе, физические свойства которой являются промежуточными между газообразным и жидким состояниями. Эта фаза вещества называется сверхкритической жидкостью , а температура и давление, выше которых существует эта фаза, составляют критическую точку . Выше критической температуры газ не может быть сжижен независимо от того, какое давление приложено. Давление, необходимое для сжижения газа при его критической температуре, называется критическим давлением.Критические температуры и критические давления некоторых распространенных веществ приведены в таблице 1.

Рис. 6. (a) Герметичный контейнер с жидким диоксидом углерода немного ниже его критической точки нагревается, что приводит к (b) образованию сверхкритической жидкой фазы. Охлаждение сверхкритической жидкости снижает ее температуру и давление ниже критической точки, что приводит к восстановлению отдельных жидких и газообразных фаз (c и d).Цветные поплавки показывают разницу в плотности между жидким, газообразным и сверхкритическим состояниями текучей среды. (кредит: модификация работы «mrmrobin» / YouTube)

Понаблюдайте за переходом из жидкости в сверхкритическую жидкость для диоксида углерода в этом видео.

Подобно газу, сверхкритическая жидкость будет расширяться и заполнять контейнер, но ее плотность намного больше, чем типичная плотность газа, обычно близкая к плотности жидкости. Подобно жидкостям, эти жидкости способны растворять нелетучие растворенные вещества.Однако они практически не проявляют поверхностного натяжения и обладают очень низкой вязкостью, поэтому они могут более эффективно проникать в очень маленькие отверстия в твердой смеси и удалять растворимые компоненты. Эти свойства делают сверхкритические жидкости чрезвычайно полезными растворителями для широкого спектра применений. Например, сверхкритический диоксид углерода стал очень популярным растворителем в пищевой промышленности, который используется для удаления кофеина из кофе, удаления жиров из картофельных чипсов и экстракции вкусовых и ароматических соединений из цитрусовых масел.Это нетоксично, относительно недорого и не считается загрязняющим веществом. После использования CO ₂ можно легко восстановить, снизив давление и собрав образовавшийся газ.

Пример 3

Критическая температура диоксида углерода

Если встряхнуть углекислый огнетушитель в прохладный день (18 ° C), мы услышим, как внутри цилиндра плещется жидкий CO ₂ . Однако в жаркий летний день (35 ° C) в этом же цилиндре нет жидкости.Объясните эти наблюдения.

Решение

В прохладный день температура CO ₂ ниже критической температуры CO ₂ , 304 K или 31 ° C (Таблица 10.3), поэтому в баллоне присутствует жидкий CO ₂ . В жаркий день температура CO ₂ превышает его критическую температуру 31 ° C. Выше этой температуры никакое давление не может привести к сжижению CO ₂ , поэтому в огнетушителе нет жидкого CO ₂ .

Проверьте свои знания

Аммиак можно сжижать путем сжатия при комнатной температуре; кислород не может быть сжижен в этих условиях. Почему два газа ведут себя по-разному?

Ответ : Критическая температура аммиака составляет 405,5 К, что выше комнатной температуры. Критическая температура кислорода ниже комнатной; таким образом кислород нельзя сжижать при комнатной температуре.

Кофе без кофеина с использованием сверхкритического CO

₂

Кофе — второй по популярности товар в мире после нефти.Во всем мире люди любят кофе за аромат и вкус. Многие из нас также зависят от одного компонента кофе — кофеина — который помогает нам двигаться утром или оставаться бодрым днем. Но в конце дня стимулирующий эффект кофе может помешать вам уснуть, поэтому вы можете пить кофе без кофеина вечером.

С начала 1900-х годов для обеззараживания кофе использовалось множество методов. У всех есть свои преимущества и недостатки, и все они зависят от физических и химических свойств кофеина.Поскольку кофеин представляет собой несколько полярную молекулу, он хорошо растворяется в воде, полярной жидкости. Однако, поскольку многие из более чем 400 соединений, которые влияют на вкус и аромат кофе, также растворяются в H ₂ O, процессы декофеинизации горячей водой также могут удалять некоторые из этих соединений, что отрицательно сказывается на запахе и вкусе кофе без кофеина. Дихлорметан (CH ₂ Cl ₂ ) и этилацетат (CH ₃ CO ₂ C ₂ H ₅ ) имеют сходную полярность с кофеином и поэтому являются очень эффективными растворителями для экстракции кофеина, но оба также удаляют некоторые компоненты вкуса и аромата, а их использование требует длительного времени экстракции и очистки.Поскольку оба эти растворителя токсичны, высказывались опасения по поводу воздействия остаточного растворителя, остающегося в кофе без кофеина.

Сверхкритическая флюидная экстракция с использованием диоксида углерода в настоящее время широко используется как более эффективный и экологически безопасный метод удаления кофеина (рис. 7). При температурах выше 304,2 К и давлениях выше 7376 кПа CO ₂ представляет собой сверхкритическую жидкость со свойствами как газа, так и жидкости. Как газ, он проникает глубоко в кофейные зерна; как жидкость, он эффективно растворяет определенные вещества.Сверхкритическая экстракция углекислым газом из пропаренных кофейных зерен удаляет 97-99% кофеина, оставляя неизменными вкусовые и ароматические соединения кофе. Поскольку CO ₂ представляет собой газ при стандартных условиях, его удаление из экстрагированных кофейных зерен легко осуществляется, как и извлечение кофеина из экстракта. Кофеин, полученный из кофейных зерен с помощью этого процесса, является ценным продуктом, который впоследствии можно использовать в качестве добавки к другим продуктам питания или лекарствам.

Рисунок 7.(а) Молекулы кофеина имеют как полярные, так и неполярные области, что делает его растворимым в растворителях различной полярности. (b) На схеме показан типичный процесс удаления кофеина с участием сверхкритического диоксида углерода.

Ключевые концепции и краткое изложение

Условия температуры и давления, при которых вещество находится в твердом, жидком и газообразном состояниях, суммированы на фазовой диаграмме для этого вещества. Фазовые диаграммы представляют собой комбинированные графики трех кривых равновесия давления-температуры: твердое тело-жидкость, жидкость-газ и твердое тело-газ.Эти кривые представляют отношения между температурами фазовых переходов и давлениями. Точка пересечения всех трех кривых представляет тройную точку вещества — температуру и давление, при которых все три фазы находятся в равновесии. При давлениях ниже тройной точки вещество не может существовать в жидком состоянии независимо от его температуры. Конец кривой жидкость-газ представляет собой критическую точку вещества, давление и температуру, выше которых жидкая фаза не может существовать.

Chemsitry Упражнения в конце главы

1. По фазовой диаграмме воды (Рисунок 2) определите состояние воды при:
   1. 35 ° C и 85 кПа
   2. −15 ° C и 40 кПа
   3. −15 ° C и 0,1 кПа
   4. 75 ° C и 3 кПа
   5. 40 ° C и 0,1 кПа
   6. 60 ° C и 50 кПа
2. Какие фазовые изменения произойдут, когда вода подвергнется воздействию переменного давления при постоянной температуре 0,005 ° C? При 40 ° C? При -40 ° С?
3. Скороварки позволяют еде готовиться быстрее, потому что более высокое давление внутри скороварки увеличивает температуру кипения воды.В конкретной скороварке есть предохранительный клапан, который настроен на выпуск пара, если давление превышает 3,4 атм. Какая приблизительная максимальная температура может быть достигнута внутри этой скороварки? Объясните свои рассуждения.
4. Из фазовой диаграммы диоксида углерода на рисунке 5 определите состояние CO ₂ при:
   1. 20 ° C и 1000 кПа
   2. 10 ° C и 2000 кПа
   3. 10 ° C и 100 кПа
   4. −40 ° C и 500 кПа
   5. −80 ° C и 1500 кПа
   6. −80 ° C и 10 кПа
5. Определить фазовые изменения, которым подвергается углекислый газ при изменении давления, если температура поддерживается на уровне -50 ° C? Если поддерживать температуру -40 ° C? При 20 ° C? (См. Фазовую диаграмму на рисунке 5).
6. Рассмотрим баллон, содержащий смесь жидкой двуокиси углерода в равновесии с газообразной двуокисью углерода при начальном давлении 65 атм и температуре 20 ° C. Нарисуйте график, изображающий изменение давления в цилиндре со временем, когда газообразный диоксид углерода выделяется при постоянной температуре.
7. Сухой лед, CO ₂ ( с ), не тает при атмосферном давлении. Он сублимируется при температуре −78 ° C. При каком минимальном давлении CO ₂ ( с ) расплавится с образованием CO ₂ ( l )? Примерно при какой температуре это произойдет? (См. Диаграмму фазы на рисунке 5.)
8. Если сильный шторм приводит к отключению электричества, возможно, потребуется использовать веревку для белья для сушки белья. Во многих частях страны в разгар зимы одежда быстро замерзает, когда ее вешают на веревку. Если не пойдет снег, они все равно высохнут? Поясните свой ответ.
9. Можно ли сжижать азот при комнатной температуре (около 25 ° C)? Можно ли сжижать диоксид серы при комнатной температуре? Объясни свои ответы.
10. Элементарный углерод состоит из одной газовой фазы, одной жидкой фазы и трех различных твердых фаз, как показано на фазовой диаграмме:
    
    1. На фазовой диаграмме отметьте газовую и жидкую области.
    2. Графит — наиболее стабильная фаза углерода при нормальных условиях. На фазовой диаграмме отметьте графитовую фазу.
    3. Если графит при нормальных условиях нагреть до 2500 К при увеличении давления до 10 ⁵ атм, он превращается в алмаз. Обозначьте алмазную фазу.
    4. Обведите каждую тройную точку на фазовой диаграмме.
    5. В какой фазе находится углерод при 4000 К и 10 ⁵ атм?
    6. Если температура образца углерода повышается с 4000 K до 5000 K при постоянном давлении 10 ² атм, какой фазовый переход происходит, если он есть?

Избранные ответы

2.При низком давлении и 0,005 ° C вода представляет собой газ. Когда давление увеличивается до 4,6 торр, вода становится твердой; по мере увеличения давления он становится жидкостью. При 40 ° C вода при низком давлении представляет собой пар; при давлениях выше примерно 75 торр он превращается в жидкость. При -40 ° C вода переходит из газа в твердое тело, когда давление увеличивается выше очень низких значений.

4. (а) жидкость; (б) твердые; (c) газ; (г) газ; е) газ; (е) газ

6.

8. Да, лед будет возвышенным, хотя на это может потребоваться несколько дней.Лед имеет небольшое давление пара, и некоторые молекулы льда образуют газ и выходят из кристаллов льда. Со временем все больше и больше твердого вещества превращается в газ, пока в конечном итоге одежда не высохнет.

10. (а)

(б)

(в)

(г)

(д) жидкая фаза

(е) сублимация

Глоссарий

критическая точка
температура и давление, выше которых газ не может конденсироваться в жидкость

фазовая диаграмма
диаграмма давление-температура, обобщающая условия, при которых могут существовать фазы вещества

сверхкритический флюид
вещество при температуре и давлении выше его критической точки; обладает промежуточными свойствами между газообразным и жидким состояниями

тройная точка
температура и давление, при которых паровая, жидкая и твердая фазы вещества находятся в равновесии

влияние растворенных веществ и давления