GirişSuyun donma və ərimə temperaturları. Suyun xüsusiyyətləri: həyatımızda "adi möcüzələr"
Harçda və ya betonda suyun donma nöqtəsi praktiki olaraq alınan duzun sulu məhlulunun müəyyən bir konsentrasiyasına uyğun gələn donma nöqtəsindən aşağı olmalıdır, çünki dondurma prosesi kiçik məsamələrdə və kapilyarlarda da baş verir. Bundan əlavə, duzların əlavə edilməsi ilə məhlul və ya beton sərtləşdikcə onların konsentrasiyası dəyişir (s.
Suyun donma nöqtəsi artan təzyiqlə azalır və gözlənildiyi kimi artmır.
Suyun donma nöqtəsi artan təzyiqlə, demək olar ki, xətti olaraq azalır.
Su molekulunun bucaq forması.| Qütb molekullarının assosiasiyası. Suyun donma nöqtəsi normaldır atmosfer təzyiqi Selsi şkalasının sıfır nöqtəsi, qaynama nöqtəsi isə bu şkalanın 100-ü kimi qəbul edilir.
Suyun donma nöqtəsi təzyiqin 2000 atm-ə qədər artması ilə artmaq əvəzinə azalır.
Suyun donma temperaturu artan təzyiqlə azalır və gözlənildiyi kimi artmır.
Torpaqdakı suyun donma nöqtəsi onun torpağın mineral hissəcikləri ilə əlaqə dərəcəsindən və tərkibində həll olunan duzların olmasından asılıdır. Torpağın dondurulmasının ilkin mərhələsində onun tərkibində eyni zamanda buz kristalları və su olur. Torpaq davamlı soyuq havanın başlamasından yalnız 5 - 20 gün sonra donur.
Qütb molekullarının assosiasiyası. Normal atmosfer təzyiqində suyun donma nöqtəsi Selsi şkalasının sıfır nöqtəsi, qaynama nöqtəsi isə bu şkalanın 100-ü kimi qəbul edilir.
Termometrin qeyri-dəqiqliyinə görə suyun donma temperaturu miqyasda sıfırla üst-üstə düşməyə bilər. Bu zaman suyun donma temperaturuna uyğun olan termometr göstəricisi 0 C kimi götürülür (gələcəkdə bu göstəricidən digər temperaturlar ölçülür.
Belə minerallaşma ilə suyun donma nöqtəsi 251 K-dir.
Sementin bərkidilməsinin bərkimə vaxtının temperaturdan asılılığı. 1 - başlanğıc - - bu və son skhg. atyvanpya obgsh. ci sement. II, III, IV - 6. NaCl, CaCl, AlCl3 əlavələri ilə sementin bərkidilməsinin başlanğıcı və sonu. Suyun donma temperaturunun azalması, həmçinin sement məhlullarının bərkidilmə müddətinin onların azalması və sement daşının xüsusiyyətlərinin yaxşılaşdırılması istiqamətində dəyişməsi suyun minerallaşmasını artırmaqla əldə edilir. duzların və qələvilərin xüsusi kimyəvi əlavələri ilə m.
Suyun donma nöqtəsinin azalması daxil olan antifrizin miqdarını müəyyən edir: kalium K2C03; maqnezium xlorid MgCl2; kalsium xlorid CaC12 və glikol HO-CH2-CH2-OH. Məsələn, etilen qlikolun 20% sulu məhlulunun donma nöqtəsi - 10 C-dir.
Suyun donma nöqtəsinin azalması daxil olan antifrizin miqdarı ilə müəyyən edilir: kalium KzCO3; maqnezium xlorid MgCl2; kalsium xlorid CaC12 və glikol HO-CH2-CH2-OH. Məsələn, etilen qlikolun 20% sulu məhlulunun donma nöqtəsi - 10 C-dir.
Suyun donma nöqtəsini əhəmiyyətli dərəcədə azaldır. Məsələn, glikolun 60% sulu məhlulu - 49 C-də dondurulur. Antifriz hazırlamaq üçün uğurla istifadə olunur.
Metanol suyun donma nöqtəsini bərabər həcmdə denatürləşdirilmiş spirtdən daha çox aşağı salır. Bundan əlavə, dən sulu məhlullar Eyni donma nöqtəsi ilə metanol denatürləşdirilmiş spirtdən daha çətin buxarlanır. Avtomobilin soyutma sistemlərində antifriz kimi müəyyən şəkildə rənglənmiş və aşındırıcı xüsusiyyətlərdən məhrum olan metanolun donmayan qarışıqları istifadə olunur.
Onlar suyun donma nöqtəsini aşağı salır və buzun betona yapışmasını azaldır. Parçalara, şüşə liflərə, betona və keramikaya hidrofobik xüsusiyyətlər vermək üçün istifadə olunur.
Artan təzyiqlə suyun donma nöqtəsi əvvəlcə azalır (səhər 615-də - 5 C-ə qədər), 2000-dən yuxarı isə artır. Çox təmiz su ehtiyatla -72 C-ə qədər həddindən artıq soyudula bilər. Həll edilmiş qazlar olmadıqda, 200 C-dən çox temperatura qədər qızdırılır.
Dərəcə şkalasında suyun donma temperaturu 273 15 K-dir. (9.3) görə, Г 0-da cisimlərdə istilik hərəkəti dayanır. Bu temperatur mütləq sıfır adlanır.
Məlum olduğu kimi, incə süxurlarda suyun donma temperaturu adətən 0 C-dən aşağı olur. Bununla belə, bir sıra işlərlə müəyyən edildiyi kimi, artıq donmuş süxurun temperaturunun tədricən azalması ilə, donmamış suyun getdikcə daha çox yeni miqdarı yaranır. buz strukturunda qruplaşmaq qabiliyyəti olmayan ən çox yönümlü molekullar istisna olmaqla, buza çevrilir. Temperatur yenidən yüksəldikdə, donmamış sudan əmələ gələn buz mənfi temperatur diapazonunda əriyir.
Suyun donma temperaturunu azaltmaq üçün məhlulların xüsusiyyəti praktikada müəyyən üzvi və qeyri-üzvi maddələrin sulu məhlulları olan antifrizlərin hazırlanması üçün geniş istifadə olunur. Bu həllər donmur aşağı temperaturlar və sel suları Uzaq Şimalda avtomobil və traktor mühərriklərinin soyudulması üçün geniş istifadə olunur. Məsələn, suda 55% etilen qlikol məhlulu kimi antifriz -40 C temperaturda belə donmur.
Tətbiq edilən əlavələr betonda suyun donma nöqtəsini aşağı salır və onun möhkəmlik qazanmasının intensivliyini artırır. mənfi temperatur.
Diferensial termometr. Suyun donma temperaturunu azaltmaq üçün məhlulların xüsusiyyəti praktikada müəyyən üzvi və qeyri-üzvi maddələrin sulu məhlulları olan antifrizlərin hazırlanması üçün geniş istifadə olunur. Bu həllər aşağı temperaturda donmur və buna görə də Uzaq Şimalda avtomobil və traktor mühərriklərinin soyudulması üçün geniş istifadə olunur. Məsələn, suda 55% etilen qlikol məhlulu kimi antifriz hətta 233 K temperaturda belə donmur.
Selsi suyun donma nöqtəsini, 100 C isə suyun qaynama nöqtəsini ifadə edir.
Suyun donma temperaturlarının nə qədər fərqli olduğunu hesablayın, hava ilə doymuşdur, və təmiz su.
Suyun donma temperaturunun iki müşahidəsi arasında fərq az olarsa (0 01 - 0 02), suyun soyuması dayandırılır və həlledicinin orta donma temperaturu hesablanır. Uyğunsuzluqlar daha əhəmiyyətli olarsa, suyun dondurulması təcrübəsi təkrarlanır.
Suyun donma nöqtəsini aşağı salmaq üçün həll edilmiş maddələrin xüsusiyyəti antifriz adlanan preparatın hazırlanması üçün praktikada geniş istifadə olunur. Antifrizlər aşağı temperaturda donmayan bəzi qeyri-üzvi və ya üzvi maddələrin sulu məhlullarıdır və soyuducu qarışıqlar kimi istifadə olunur.
Bəzi həlledicilərin ebulioskopik sabitləri.| Məhlulların qaynama temperaturunun artırılması. Həll edilmiş maddələrin suyun donma nöqtəsini aşağı salmaq qabiliyyəti praktikada antifriz adlanan məhsul hazırlamaq üçün istifadə olunur.
Hava ilə doymuş suyun donma temperaturu ilə təmiz su arasındakı fərqi hesablayın.
Suyun donma nöqtəsindən aşağı temperaturda emulsiya polimerləşməsi təbii olaraq donma nöqtəsini aşağı salan maddələrin istifadəsini tələb edir.
İşin məqsədləri: suyun və məhlulun donma temperaturlarını eksperimental olaraq təyin etmək, osmotik konsentrasiyanı hesablamaq.
Artan təzyiq suyun donma nöqtəsinə necə təsir edir?
Temperaturdan asılı olaraq 2 gün su ilə doymuş normal sərtləşən betonun deformasiyası. İndi məlumdur ki, suyun donma nöqtəsi onun yerləşdiyi kapilyarların diametrindən asılıdır. Beləliklə, dondurma qaynadılmış suşüşə kapilyarlarda, Borovik-Romanova göstərdi ki, 157 mm boru diametri ilə donma temperaturu -6 4 C, diametri 0 15 mm - 14 6 C, diametri 0 06 mm - 18 5 C.
Suya duz əlavə edildikdə, suyun donma nöqtəsi azalacaq: məhlulun məcazi nöqtəsi temperaturun dəyişməsi ilə buzla tarazlıqda məhlulun konsentrasiyası arasındakı əlaqəni ifadə edən O / C əyrisi boyunca aşağıya doğru hərəkət edir. .
Suya duz əlavə olunduqca suyun donma nöqtəsi azalacaq: məhlulun obrazlı nöqtəsi temperaturun dəyişməsi ilə buzla tarazlıqda məhlulun konsentrasiyası arasında əlaqəni ifadə edən OK əyrisi boyunca aşağıya doğru hərəkət edir.
Lomonosov suyun donma nöqtəsinin 0, qaynama nöqtəsinin isə 150 olduğu bir termometrdən istifadə etdi, buna görə mənfi 131 temperatur təxminən mənfi 87 C-yə uyğundur. Lakin belə bir temperatur civə termometri ilə ölçülə bilməz, ona görə də Lomonosovun istinad etdiyi Yeniseyskdən gələn xəbərlər yanlış idi. Civənin donması 1734-cü ildə Tomsk meteoroloji stansiyasının müşahidəçisi Pyotr Salomatovun Elmlər Akademiyasına ünvanladığı məktubda aşkar edilmiş və təsvir edilmişdir. 1735-ci ildə akademik Qmelin civənin termometrdə, lakin tam mənada donmasını müşahidə etmişdir. sözünə gözlərinə inanmadı.
Xörək duzunun məhluldakı suyun donma temperaturunu aşağı salmaq qabiliyyəti qədim zamanlardan yollarda buzla mübarizə üçün istifadə edilmişdir. Kommunal və yol müəssisələri çoxdan istifadə edirlər süfrə duzu yolların səpilməsi, qəzaların və xəsarətlərin qarşısını almaq üçün. Əsasən kalium istehsalından əldə edilən əlaqəli duz yolların asfaltlanmasında istifadə olunur.
Boruların istehsalı üçün bölmə. Polietilen borular elastikdir və donma temperaturuna və su zərbələrinə davam edə bilər. Plastik borular korroziyaya uğramır, hamar daxili səthə malikdir, bu da mayelərin axınına müqavimətini azaldır, qaynaqla, yapışdırmaqla asanlıqla birləşdirilir və buna görə də xalq təsərrüfatının müxtəlif sahələrində geniş istifadə olunur.
Klatatın əmələ gəlməsi prosesi suyun donma nöqtəsindən yuxarı temperaturda baş verdiyi üçün enerji sərfiyyatı dondurulmaqla duzsuzlaşdırma zamanıkından az olur. Anesteziyanın beyində klatrat tipli hidratların əmələ gəlməsi ilə əlaqəli ola biləcəyinə inanılır.
Xüsusi səth sahəsinin yaxın qiymətlərində nəmlik azaldıqca suyun donma temperaturunda ən kiçik dəyişikliklər kaolin üçün, ən böyüyü isə montmorillonit üçün müşahidə olunur. Bu, müvafiq gil minerallarının təbii hidrofilliyi ilə tam uyğundur.
Alkil silikonatların qiymətli xüsusiyyəti suyun donma nöqtəsini aşağı salmaq qabiliyyətidir.
Şlakın buz üzərində təsir mexanizmi suyun donma nöqtəsini aşağı salmaqdır.
Etilen qlikolun ən vacib xüsusiyyəti suyun donma nöqtəsini aşağı salmaq qabiliyyətidir ki, bu da qışda tankların, təyyarələrin, döyüş və nəqliyyat vasitələrinin soyutma sistemlərinin doldurulması üçün etilen qlikolun 50 - 60% sulu məhlullarının istifadəsini izah edir.
Məhluldakı poliqlikolların tərkibindən asılı olaraq buz kristallaşmasının başlanğıc temperaturunun əyriləri (suyun reallaşan hissəsi - poliqlikollar sistemi. Ən yüksək molekulyar çəkiyə malik poliqlikollar suyun donma nöqtəsini ən az azaldır.
Əhəmiyyətli bir mülk Likolun gücü suyun donma nöqtəsini xeyli aşağı salmaq qabiliyyətidir.
Temperatur 0 C həm buzun ərimə temperaturu, həm də suyun donma temperaturudur. Temperaturu 0 C olan buz parçasını 0 C su ilə kalorimetrə qoysaq nə olar.
Eyni zamanda, suyun donma nöqtəsi ilə tərkibindəki həll edilmiş komponentlərin konsentrasiyası arasında birbaşa əlaqə yoxdur. Məlum olduğu kimi, sıxılmış suyun minerallaşması daha azdır, onun sistemdən çıxarıldığı yük bir o qədər çox olur. Bu, bir daha onu göstərir ki, tədqiq olunan sistemlərdə suyun donma temperaturunun dəyişməsi onun duz tərkibi ilə deyil, səth qüvvələrinin uzunmüddətli təsiri ilə müəyyən edilir.
Ayrı-ayrı qazların hidratlarının əmələ gəlməsi təzyiqinin temperaturdan asılılığı. Qazlar üçün heterojen diaqramın bir xüsusiyyəti, kritik temperatur suyun donma temperaturundan aşağı olanlar, C nöqtəsində kəskin əyilmənin olmaması (Abe və Bd əyrilərinin kəsişmə nöqtəsində), törəmə dt / dp-də kəskin dəyişikliyin olmaması və C nöqtəsində işarəsidir. BdD əyrisinin törəməsinin işarəsi d nöqtəsində dəyişir, çünki p pa-da əmələ gələn hidratla qazın sərbəst vəziyyətindən hidrat vəziyyətinə keçməsi zamanı molyar həcm, p - ipd-də isə molyar həcmi azalır. qaz sərbəst vəziyyətdən hidrat vəziyyətinə keçid zamanı artır.
Başqa bir asılılıq müşahidə olunur təzyiq və suyun donma (ərimə) nöqtəsi arasında, artan təzyiqlə aşağı düşür (lakin yalnız 2200 atm təzyiqə qədər). Təzyiqin daha da artması ilə suyun donma nöqtəsi artmağa başlayır: 3530 atm təzyiqdə su mənfi 17-də donur; 6380 atm-də - 0 °C-də, 16.500 atm-də - 60-da və 20.670 atm-də - 76 °C-də. Son iki halda bizdə artıq var isti buz.
Yerin daxili hissəsində belə temperatur və təzyiqlərin birləşməsinin mövcud olması mümkündürmü? Yerin qayalarında sərbəst dövran edən sularda, şübhəsiz ki, su yoxdur, çünki hətta aşağı litosferin və yuxarı mantiyanın sərhədində belə Mohorovicic sərhədi adlanır (sonrakı fəsillərdə görəcəyimiz kimi), burada təzyiq təxminən 10.000-dir. atm, temperatur 30 ° C-yə bərabər ola bilməz və həmişə və hər yerdə əhəmiyyətli dərəcədə yüksək olacaqdır. Beləliklə, burada isti buzun qarşılaşması istisna edilir.
Mohorovicic həddindən yuxarı, isti buzun əmələ gəlməsi üçün zəruri olan 6000 atm-dən yuxarı təzyiqlər tamamilə istisna edilir.
1 atm təzyiqdə suyun donma (ərimə) və qaynama nöqtələri anomaldır (müvafiq olaraq 0 və 100 °C). Mendeleyevin dövri sisteminin VIa qrupunun elementləri olan bir sıra hidrogen birləşmələrini - H2Te, H2Se H2S və H2O - onların nisbi molekulyar çəkisini nəzərə alsaq, suyun donma və qaynama nöqtələrinin uyğun olmadığı ortaya çıxır. daha çox nisbi olan digər üç birləşmə üçün ümumi nümunə molekulyar çəki, qaynama və donma nöqtələri nə qədər yüksəkdir. Suyun donma nöqtəsi mənfi 90 ilə mənfi 120 ° C arasında olmalıdır, lakin əslində ± 0 ° C-dir. Eyni şeyi suyun qaynama nöqtəsi haqqında da demək olar, 75 ilə 100 ° C arasında olmalıdır (şək. 7).
At normal təzyiq su hətta müsbət temperaturda da "dona" bilər. Bu, məsələn, bir qaz kəmərində, ondan keçən qaz (əsasən metan) zəif qurudulmuş, yəni su ehtiva edən zaman müşahidə olunur. Bir qaz molekulunun həcmi su molekulunun həcmi ilə müqayisədə daha böyükdür, bu da daxili təzyiqin azalmasına və donma nöqtəsinin bir neçə dərəcədən 20 ° C-ə qədər artmasına səbəb olur. Düşən "buz" çoxlu qaz (qaz hidrat) ehtiva edir.
Adi suyun mövcudluğu faktı yer səthi Hər üç fazada (bərk, maye və qaz halında) termodinamik şərait bu maddəni son dərəcə təəccüblü və qeyri-adi edir.
Dünyada ən sadə, ən geniş yayılmış və eyni zamanda ən sirli, heyrətamiz maddə sudur. Dəyişən sıxlıq, yüksək istilik tutumu və suyun böyük səthi gərginliyi, onun "yaddaş" və quruluş qabiliyyəti - bütün bunlar anomal xüsusiyyətlər H20 kimi zahirən sadə bir maddə.
Ən maraqlısı odur ki, həyatın suyun anomal xüsusiyyətləri sayəsində mövcuddur uzun müddət fizika və kimya qanunları baxımından izah edilə bilməzdi. Bu, su molekulları arasında hidrogen bağlarının olması ilə bağlıdır. Buna görə də, maye vəziyyətdə su sadəcə molekulların qarışığı deyil, su çoxluqlarının mürəkkəb və dinamik dəyişkən şəbəkəsidir. Hər bir fərdi çoxluq qısa müddət yaşayır, lakin suyun quruluşuna və xüsusiyyətlərinə təsir edən çoxluqların davranışıdır.
Suyun digər ikili hidrogen birləşmələri ilə müqayisədə anormal donma və qaynama temperaturu var. Suya yaxın birləşmələrin ərimə nöqtələrini müqayisə etsək: H2S, H2Te, H2Se, onda H20-nin ərimə nöqtəsinin 90 ilə -120 ° C arasında olması lazım olduğunu güman edə bilərik. Lakin, reallıqda 0 ° C-dir. Qaynama nöqtə oxşardır: H2S üçün -60,8 ° C, H2Se üçün -41,5 ° C, H2Te -18 ° C. Buna baxmayaraq, su ən azı +70 ° C-də qaynamalıdır və +100 ° C-də qaynayır. suyun ərimə və qaynama nöqtələrinin anomal xassələr olmasından belə nəticəyə gəlmək olar ki, planetimizin şəraitində suyun maye və bərk halları da anomaldır. Yalnız qaz və vəziyyətdə normal olmalıdır.
Artıq bilirsiniz ki, cisimlər qızdırıldıqda genişlənir və soyuduqda büzülür. Nə qədər paradoksal görünsə də, su fərqli davranır. 100°C-dən -4°C-yə qədər soyuduqda su büzülür və sıxlığını artırır. +4 ° C temperaturda ən yüksək sıxlığa malikdir. Lakin 0 ° C-yə qədər daha da soyutma ilə genişlənməyə başlayır və sıxlığı azalır! 0 ° C-də (suyun donma temperaturu) su bərk birləşmə vəziyyətinə çevrilir. Keçid anı həcmdə kəskin artım (təxminən 10%) və sıxlığın müvafiq azalması ilə müşayiət olunur. Bu fenomenin sübutu buzun suyun səthində üzməsidir. Bütün digər maddələr (vismut və qallium istisna olmaqla) ərimə zamanı əmələ gələn mayelərdə batır. Suyun fenomenal dəyişkən sıxlığı balıqlara donan su hövzələrində yaşamağa imkan verir: temperatur -4 ° C-dən aşağı düşəndə, daha çox soyuq su, daha az sıx olmaqla, səthdə qalır və donur, buzun altında isə temperatur sıfırdan yuxarı qalır.
Su maye halında qeyri-adi dərəcədə yüksək istilik tutumuna malikdir. Suyun istilik tutumu buxarın istilik tutumundan iki dəfə, buxarın istilik tutumu isə... buzun istilik tutumuna bərabərdir. İstilik tutumu temperaturu 1 ° C artırmaq üçün tələb olunan istilik miqdarıdır. 0 ° C-dən +35 ° C-ə qədər qızdırıldıqda onun istilik tutumu artmır, əksinə azalır. +35 ° C-dən +100 ° C-ə qədər daha da qızdırıldığında yenidən böyüməyə başlayır. Canlı orqanizmlərin bədən istiliyi suyun istilik tutumunun ən aşağı qiymətləri ilə üst-üstə düşür.
Supersoyutma suyun maye halında qalaraq donma nöqtəsindən aşağı temperaturlara qədər soyuması qabiliyyətidir. Bu əmlak çox təmiz su dondurulması zamanı kristallaşma mərkəzləri kimi xidmət edə biləcək müxtəlif çirklərdən təmizlənmişdir.
Suyun donma temperaturunun təzyiqdən asılılığı da tamamilə anomaldır.
Təzyiq artdıqca donma nöqtəsi azalır, hər 130 atmosfer üçün azalma təxminən 1 ° C-dir. Digər maddələrdə isə əksinə, artan təzyiqlə donma nöqtəsi artır.
Su yüksək səth gərginliyinə malikdir (yalnız civə daha yüksək dəyərə malikdir), Su yüksək ıslatma qabiliyyətinə malikdir - bunun sayəsində kapilyarlıq fenomeni mümkündür, yəni bir mayenin borularda, dar kanallarda səviyyəsini dəyişdirmək qabiliyyəti. sərbəst forma, məsaməli cisimlər.
Su diametri 1 10'9 m-ə yaxın olan nanoborularda heyrətamiz xüsusiyyətlər əldə edir: onun özlülüyü kəskin şəkildə artır və su mütləq sıfıra yaxın temperaturda donmamaq qabiliyyəti əldə edir. -23 ° C temperaturda və 40 min atmosfer təzyiqində nanoborulardakı su molekulları müstəqil olaraq özlərini spiral "nərdivanlara", o cümlədən DNT-nin spiral quruluşunu çox xatırladan ikiqat spirallara düzəldirlər.
Suyun səthi hidroksil ionlarının OH yığılması səbəbindən mənfi elektrik potensialına malikdir - müsbət yüklü hidronium ionları H30 + suyun mənfi yüklü səthinə çəkilərək, ikiqat elektrik təbəqəsi əmələ gətirir.
İsti su soyuq sudan daha tez donur - bu paradoksal fenomen membran effekti adlanır. Bu gün elm hələ bunun izahını verməyib,
-120 ° C-də suya qəribə şeylər gəlməyə başlayır: bəkməz kimi özlü olur və -135 ° C-dən aşağı temperaturda "şüşə" suya çevrilir - kristal quruluşu olmayan bərk maddə.