Сторінка
6
Експериментальні дані впливу температури і тиску на агрегатний стан води можна зобразити за допомогою фазової діаграми (рис. 22).
Рис. 22. Фазова діаграма води |
За будь-яких значень температури і тиску, які відповідають точкам діаграми в площі, обмеженій кривими ВТ і СТ, вода існує тільки в рідкому стані, у точках нижче кривої АТ і у точці Т — у вигляді пари. Точки на кривих відповідають умовам, за яких дві суміжні фази перебувають у рівновазі. Дві точки на діаграмі особливо цікаві. Точка Т (273,16 К і 6,03 · 10–3 atm) називається потрійною точкою, де в рівновазі перебувають одночасно три фази: пара, вода і лід. Точка С (647 К і 220 atm) називається критичною. За температури, більшої за 647 К, водяну пару не можна перетворити на рідину за будь-якого підвищення тиску. Інакше кажучи, за температури і тиску, вищих ніж у точці С, водяна пара й рідка вода не розрізняються. Між ними не існує фазової межі. Діаграма стану води відіграє виключно важливу роль у вивченні природних процесів біосфери, за проектування й експлуатації парових котлів, енергетичних турбін, енергосистем, автоклавів тощо.
Аномальною характеристикою води є й те, що максимального значення густини вона набуває за охолодження її у рідкому стані до + 4°С (r = = 1000 kg/m3) (табл. 16). За дальшого охолодження аж до замерзання густина зменшується. Отже, за такої самої маси об’єм льоду більший ніж води, завдяки чому крига не тоне у воді. Ця специфічна властивість забезпечує існування водяної флори і фауни, оскільки річки, озера, моря і океани ніколи не промерзають до самого дна. Пояснення цієї унікальної аномалії слід шукати у змінах структурно-хімічної будови води за змін агрегатного стану.
Молекули води, маючи значний дипольний момент, можуть взаємодіяти одна з одною, утворюючи так звані водневі зв’язки. Однак у фазі пари вода в основному одномолекулярна: атоми водню і кисню зв’язані ковалентно. У рідкому і твердому станах кожна молекула утворює чотири водневі зв’язки, з яких два — як донор протонів (Н+1) і два — як акцептор протонів. Усі чотири водневі зв’язки молекули води спрямовано (рис. 23) приблизно до вершин правильного тетраедра (або перехресних кутів протилежних граней куба).
Рис. 23. Структурна схема міжатомного зв’язку кисню і водню води
Таблиця 16
ПАРАМЕТРИ ВОДИ (ХІМІЧНО ЧИСТОЇ)
Назва | Позначення і одиниці | Розмір |
Температура кипіння | Ткип, | 373 (100) |
Температура плавлення | Тпл, | 273 (0) |
Температура критична | Tкрит, | 647 (374) |
Тиск критичний | Ркрит, МРа (атм) | 22,06 (220) |
Густина критична | dкрит. kg/m3 | 322 |
Ентальпія плавлення | ΔНпл. kJ/mol3 | 6 |
Ентальпія сублімації льоду за 273 К | ΔНcубл. kJ/mol | 51 |
Ентальпія випаровування | ΔНвип. KJ/mol | |
за 273 … 293 К | 44,63 | |
за 373 К | 40,66 | |
Густина льоду (тверда фаза) | ρтв. kg/m3 | 917 |
Густина води (рідина) за 293 К (20°С) | ρрід. kg/m3 | 998 |
Густина max 281 К (4°С) | — " — | 1000 |
Густина пари за 393 К (20°С) | ρпар. kg/m3 | 1,12 |
Теплоємність води за 293 К (20°С) |
| 75,34 |
Вода (пара) за 373 К (100°С) | — " — | 36,64 |
Теплопровідність льоду за 273 К (°С) | MW / (m · K) | 2,346 |
Рідини за 293 К (°С) | — " — | 598 |
Електроопір: за 293 К (20°С) | ρ, Ω · m | 18,9 · 10–6 |
Інші реферати на тему «Технічні науки»:
Компонування механізованих установок
Охорона праці та техніка безпеки при ремонті та обслуговуванні автомобілів. Основні небезпечні та шкідливі фактори при ремонті та обслуговуванні автомобілів
Засоби технологічного оснащення транспортних операцій
Альтернативні технології енергетики, їхні переваги й недоліки
Світова еколого-економічна криза ХХ ст. і проблеми України