Vannforholdene.

Vann kan være i tre aggregeringstilstander, eller faser - fast(is), væske (vann selv), gassformig (vanndamp). Det er veldig viktig at vann kan være i forskjellige aggregeringstilstander samtidig, gitt områdene for atmosfærisk trykk og temperatur som faktisk eksisterer på jorden. I så måte skiller vann seg betydelig fra andre fysiske stoffer, som finnes under naturlige forhold hovedsakelig enten i fast (mineraler, metaller) eller i gassform (O 2, N 2, CO 2, etc.).

Endringer i den aggregerte tilstanden til et stoff kalles faseoverganger. I disse tilfellene endres egenskapene til stoffet (for eksempel tetthet) brått. Faseoverganger er ledsaget av frigjøring eller absorpsjon av energi, kalt faseovergangsvarme ("latent varme").

Avhengigheten av vannets samlede tilstand av trykk og temperatur uttrykkes ved tilstandsdiagrammet for vann, eller fasediagrammet (fig. 5.1.1.).

BB"O-kurven i fig. 5.1.1 kalles smeltekurven. Når man passerer gjennom denne kurven fra venstre til høyre, oppstår smelting

Ris. 5.1.1. Vanndiagram

I – VIII - ulike modifikasjoner av is

is, og fra høyre til venstre - isdannelse (krystallisering av vann). OK-kurven kalles fordampningskurven. Når du passerer gjennom denne kurven, observeres koking av vann fra venstre til høyre, og kondensering av vanndamp observeres fra høyre til venstre. AO-kurven kalles sublimeringskurven, eller sublimeringskurven. Når du krysser den fra venstre til høyre, fordamper isen (sublimering), og fra høyre til venstre oppstår kondensering til den faste fasen (eller sublimering).

Ved punkt O (det såkalte trippelpunktet, ved et trykk på 610 Pa og en temperatur på 0,01 ° C eller 273,16 K), er vann samtidig i alle tre aggregeringstilstander.

Temperaturen der is smelter (eller vann krystalliserer) kalles temperaturen eller smeltepunktet T pl. Denne temperaturen kan også kalles temperaturen eller frysepunktet T sub.

Fra overflaten av vann, samt is og snø, blir et visst antall molekyler hele tiden revet av og ført opp i luften, og danner vanndampmolekyler. Samtidig går noen av vanndampmolekylene tilbake til overflaten av vann, snø og is. Hvis den første prosessen dominerer, skjer vannfordampning, hvis den andre prosessen skjer, kondenserer vanndamp. Regulatoren for retningen og intensiteten til disse prosessene er fuktighetsunderskuddet - forskjellen mellom elastisiteten til vanndamp som metter rommet ved et gitt lufttrykk og temperatur på vannoverflaten (snø, is) og elastisiteten til vanndampen faktisk inneholdt i luften, dvs. absolutt luftfuktighet. Innholdet av mettet vanndamp i luften og dens elastisitet øker med økende temperatur (ved normalt trykk) som følger. Ved en temperatur på O°C er innholdet og elastisiteten til mettet vanndamp henholdsvis 4,856 g/m3 og 6,1078 hPa, ved en temperatur på 20°C - 30,380 g/m3 og 23,373 hPa, ved 40°C - 51,127 g/ m3 og 73.777 hPa.

Fordampning fra vannoverflaten (is, snø), så vel som fuktig jord, skjer ved enhver temperatur, og jo mer intens den er, desto større blir fuktighetsunderskuddet. Med økende temperatur øker elastisiteten til vanndamp som metter rommet, og fordampningen akselererer. En økning i fordampning fører også til en økning i luftbevegelseshastigheten over den fordampende overflaten (dvs. vindhastighet under naturlige forhold), noe som øker intensiteten av vertikal masse og varmeoverføring.

Når intens fordampning dekker ikke bare den frie overflaten av vannet, men også dets tykkelse, der fordampning skjer fra den indre overflaten av de resulterende boblene, begynner kokeprosessen. Temperaturen der trykket av mettet vanndamp er lik ytre trykk kalles temperaturen eller kokepunktet T bp.

Ved normalt atmosfærisk trykk (1,013 105 Pa = 1,013 bar = 1 atm = 760 mm Hg), tilsvarer frysepunktene for vann (smeltende is) og kokepunkt (kondensasjon) 0 og 100 ° på Celsius-skalaen.

Frysepunktet Tzam og kokepunktet for vann Tbip avhenger av trykk (se fig. 3.9.2.). I området for trykkendringer fra 610 til 1,013 105 Pa (eller 1 atm), synker frysetemperaturen litt (fra 0,01 til 0 ° C), deretter synker T frysetemperaturen når trykket øker til omtrent 6 107 Pa (600 atm). til -5 ° C, med en økning i trykket til 2,2 108 Pa (2200 atm), synker Tdz til -22 ° C. Med en ytterligere økning i trykket begynner Tdz å øke raskt. Ved svært høyt trykk dannes det spesielle "modifikasjoner" av is (II-VIII), som skiller seg i egenskaper fra vanlig is(is I).

Ved reelt atmosfærisk trykk på jorden ferskvann fryser ved en temperatur på ca. 0 ° C. Ved maksimale dybder i havet (ca. 11 km) overstiger trykket 108 Pa, eller 1000 atm (en økning i dybden for hver 10. m øker trykket med ca. 105 Pa, eller 1 atm). Ved dette trykket vil frysepunktet for ferskvann være omtrent -12°C.

For å redusere frysepunktet for vann

dens saltholdighet påvirker.

1.4). En økning i saltholdighet for hver 10‰ reduserer T med omtrent 0,54°C:

T stedfortreder = -0,054 S.

Kokepunktet synker med synkende trykk (se fig. 3.9.2.). Derfor, i store høyder i fjellet, koker vann ved en temperatur lavere enn 100 ° C. Med økende trykk øker T-koken til det såkalte "kritiske punktet", når det ved p = 2,2 107 Pa og T koker = 374 ° C, vann har samtidig egenskaper til både væske og gass.

Diagrammet over vanntilstanden illustrerer to "anomalier" av vann, som har en avgjørende innflytelse ikke bare på "oppførselen" til vannet på jorden, men også på de naturlige forholdene til planeten som helhet. Sammenlignet med stoffer som er forbindelser av hydrogen med grunnstoffer som er i samme rad som oksygen i Mendelejevs periodiske system - tellur Te, selen Se og svovel S, er fryse- og kokepunktene til vann uvanlig høye. Tatt i betraktning det naturlige forholdet mellom fryse- og kokepunkt og massetallet til de nevnte stoffene, vil man forvente at vann har en frysetemperatur på ca. -90°C, og et kokepunkt på ca. -70°C. Unormalt høye verdier ​fryse- og koketemperaturer forhåndsbestemmer muligheten for eksistensen av vann på planeten som i fast og flytende tilstand og tjener som de bestemmende betingelsene for de viktigste hydrologiske og andre naturlige prosessene på jorden.

Tetthet av vann

Tetthet er den viktigste fysiske egenskapen til ethvert stoff. Det representerer massen til et homogent stoff per volumenhet:

hvor m er masse, V er volum. Tetthet p har dimensjonen kg/m3.

Vannets tetthet, i likhet med andre stoffer, avhenger først og fremst av temperatur og trykk (og for naturlig vann også av innholdet av oppløste og fint dispergerte suspenderte stoffer) og endres brått ved faseoverganger Ved økende temperatur vil vanntettheten, som f.eks. ethvert annet stoff , i det meste av temperaturendringer avtar, noe som er assosiert med en økning i avstanden mellom molekyler med økende temperatur. Dette mønsteret brytes bare når isen smelter og når vannet varmes opp i området fra 0 til 4° (nærmere bestemt 3,98° C). To andre svært viktige "anatomier" av vann er notert her: 1) tettheten av vann i fast tilstand (is) er mindre enn i flytende tilstand (vann), noe som ikke er tilfelle for de aller fleste andre stoffer; 2) i vanntemperaturområdet fra 0 til 4 ° C, avtar ikke vanntettheten med økende temperatur, men øker. Funksjoner ved endringer i vanntetthet er assosiert med en restrukturering av molekylstrukturen til vann. Disse to "anomaliene" av vann er av stor hydrologisk betydning: is er lettere enn vann og "flyter" derfor på overflaten; reservoarer fryser vanligvis ikke til bunnen, siden ferskvann avkjølt til en temperatur under 4° blir mindre tett og derfor blir liggende i overflatelaget.

Tettheten av is avhenger av dens struktur og temperatur. Porøs is kan ha en tetthet mye lavere enn angitt i tabell 1.1. Snøtettheten er enda mindre. Nyfallen snø har en tetthet på 80-140 kg/m3, tettheten av komprimert snø øker gradvis fra 140-300 (før start av smelting) til 240-350 (ved begynnelsen av smelting) og 300-450 kg/m3 (på slutten av smeltingen). Tett våt snø kan ha en tetthet på opptil 600-700 kg/m3. Snøflak under smelting har en tetthet på 400-600, snøskred 500-650 kg/m3. Vannlaget som dannes når is og snø smelter avhenger av tykkelsen på isen eller snølaget og dets tetthet. Mengden vann i is eller snø er lik:

h inn = ah l r l / r

hvor h l er tykkelsen av is- eller snølaget, r l er deres tetthet, p er tettheten av vann, og er en multiplikator bestemt av forholdet mellom dimensjonene h in og h l: hvis vannlaget er uttrykt i mm, og tykkelsen på is (snø) i cm, da a=10, med samme dimensjon a=1.

Vannets tetthet endres også avhengig av innholdet av løste stoffer i det og øker med økende saltholdighet (fig. 1.5). Tettheten av sjøvann ved normalt trykk kan nå 1025-1033 kg/m3.

Den kombinerte effekten av temperatur og saltholdighet på tettheten til vann ved atmosfærisk trykk uttrykkes ved hjelp av den såkalte tilstandsligningen for sjøvann. En slik ligning i sin enkleste lineære form er skrevet som følger:

p = p o (1 - α 1 T + α 2 S)

der T er vanntemperaturen, °C, S er saltholdigheten til vannet, ‰, p o er tettheten til vann ved T = 0 og S = 0, α 1 og α 2 er parametere.

En økning i saltholdighet fører også til en reduksjon i temperaturen med størst tetthet (°C) i henhold til formelen

T max.pl = 4 - 0,215 S.

Ris. 5.2.1. Avhengighet av vanntettheten ved normalt atmosfærisk trykk av temperaturen og saltholdigheten i vannet.

En økning i saltholdighet for hver 10‰ reduserer Tmax med omtrent 2°C. Temperaturens avhengighet av maksimal tetthet og frysetemperatur av saltholdighet i vannet er illustrert av den såkalte Helland-Hansen-grafen (se fig. 3.10.1.) .

Forholdet mellom temperaturene med høyeste tetthet og frysing påvirker naturen til prosessen med vannkjøling og vertikal konveksjon - blanding forårsaket av forskjeller i tetthet. Avkjøling av vann som følge av varmeveksling med luft fører til en økning i vanntettheten og følgelig til senking av tettere vann. Varmere og mindre tett vann stiger i stedet. Prosessen med vertikal tetthetskonveksjon skjer. For ferskvann og brakkvann med en saltholdighet på mindre enn 24,7‰ fortsetter imidlertid denne prosessen bare til vannet når sin høyeste tetthetstemperatur (se fig. 1.4). Ytterligere avkjøling av vannet fører til en reduksjon i tettheten, og vertikal konveksjon stopper. Saltvann ved S>24,7‰ er utsatt for vertikal konveksjon til det fryser.

I ferskvann eller brakkvann om vinteren, i horisonten nær bunnen, er således vanntemperaturen høyere enn på overflaten, og ifølge Helland-Hansen-grafen alltid over frysepunktet. Denne omstendigheten er av stor betydning for bevaring av liv i vannforekomster på dyp. Hvis vannet hadde samme temperatur med størst tetthet og fryser, som alle andre væsker, kunne reservoarene fryse til bunnen og forårsake uunngåelig død for de fleste organismer.

En "unormal" endring i vanntettheten med en endring i temperaturen innebærer den samme "unormale" endringen i vannvolumet: med en økning i temperaturen fra 0 til 4 ° C, reduseres volumet av kjemisk rent vann, og bare med en ytterligere økning i temperaturen øker den; volumet av is er alltid merkbart større enn volumet av samme vannmasse (husk hvordan rør brister når vannet fryser).

Endringen i vannvolumet når temperaturen endres kan uttrykkes med formelen

V T1 = V T2 (1 + β DT)

der V T1 er volumet av vann ved temperatur T1, V T2 er volumet av vann ved T2, β er koeffisienten for volumetrisk ekspansjon, som tar negative verdier ved temperaturer fra 0 til 4 ° C og positive verdier ved vanntemperaturer over 4 °C og mindre enn 0 °C (is) (se tabell 1.1),

Trykk har også en viss innvirkning på vanntettheten. Kompressibiliteten til vann er svært liten, men på store dyp i havet påvirker det fortsatt tettheten til vannet. For hver 1000 m dybde øker tettheten på grunn av påvirkning av trykket i vannsøylen med 4,5-4,9 kg/m3. Derfor, ved maksimale havdyp (ca. 11 km), vil tettheten av vannet være ca. 48 kg/m 3 større enn på overflaten, og ved S = 35‰ vil den være ca. 1076 kg/m 3. Hvis vannet var fullstendig ukomprimerbart, ville nivået på verdenshavene vært 30 m høyere enn det faktisk er. Den lave komprimerbarheten til vann gjør det mulig å betydelig forenkle den hydrodynamiske analysen av bevegelsen til naturlig vann.

Påvirkningen av fint suspendert sediment på de fysiske egenskapene til vann og spesielt på dets tetthet er ennå ikke tilstrekkelig studert. Det antas at tettheten til vann bare kan påvirkes av svært fint suspendert materiale ved deres eksepsjonelt høye konsentrasjon, når vann og sediment ikke lenger kan betraktes isolert. Dermed er noen typer slamstrømmer, som inneholder bare 20-30 % vann, i hovedsak en leireløsning med økt tetthet. Et annet eksempel på påvirkning av små sedimenter på tetthet er vannet i Yellow River som renner inn i Yellow Sea Bay. Med et meget høyt innhold av fint sediment (opptil 220 kg/m3) har elve-grumsete vann en tetthet 2-2,5 kg/m3 større enn sjøvann (deres tetthet ved faktisk saltholdighet og temperatur er ca. 1018 kg/m3). Derfor "dykker" de til dybden og går ned langs havbunnen, og danner en "tett" eller "turbid" strøm.

5. Fasetransformasjoner og tilstandsdiagram av vann

Et tilstandsdiagram (eller fasediagram) er grafisk bilde avhengigheter mellom mengder som karakteriserer systemets tilstand og fasetransformasjoner i systemet (overgang fra fast til flytende, fra flytende til gassformig, etc.). Fasediagrammer er mye brukt i kjemi. For enkeltkomponentsystemer brukes vanligvis fasediagrammer for å vise avhengigheten fasetransformasjoner på temperatur og trykk kalles de fasediagrammer i P---T koordinater

Figur 5 viser et diagram over vanntilstanden i skjematisk form. Ethvert punkt på diagrammet tilsvarer visse verdier av temperatur og trykk.

I flytende tilstand - vann

Hard - is

Gass - damp

Diagrammet viser de tilstandene til vann som er termodynamisk stabile ved visse verdier av temperatur og trykk. Den består av tre kurver som skiller alle mulige temperaturer og trykk i tre regioner som tilsvarer is, væske og damp.

is = damp (OA-kurve)

is = væske (RH-kurve)

væske = damp (OC-kurve)

O - frysepunktet for vann

For vann er den kritiske temperaturen 374 grader Celsius. Ved normalt trykk er væske- og dampfasene i vann i likevekt med hverandre ved 100 grader Celsius, fordi i dette tilfellet sammenlignes damptrykket over væsken med det ytre trykket og vannet koker. Skjæringspunktet mellom de tre kurvene skjer ved punkt O - trippelpunktet, hvor alle tre fasene er i likevekt med hverandre.

La oss se på hver av kurvene mer detaljert. La oss starte med OA-kurven som skiller dampområdet fra væskeområdet. La oss forestille oss en sylinder som luft er fjernet fra, hvoretter en viss mengde rent vann, fritt for oppløste stoffer, inkludert gasser, introduseres i den; sylinderen er utstyrt med et stempel, som er festet i en bestemt posisjon. Etter en tid vil en del av vannet fordampe, og mettet damp vil eksistere over overflaten. Du kan måle trykket og sørge for at det ikke endrer seg over tid og ikke er avhengig av stempelposisjonen. Hvis vi øker temperaturen i hele systemet og måler det mettede damptrykket igjen, vil det vise seg at det har økt. Ved å gjenta slike målinger ved forskjellige temperaturer vil vi finne avhengigheten av trykket til mettet vanndamp av temperaturen. OA-kurven er en graf over dette forholdet: punktene på kurven viser de parene med temperatur- og trykkverdier der flytende vann og vanndamp er i likevekt med hverandre - sameksisterer. OA-kurven kalles væske-damp-likevektskurven eller kokekurven. Tabell 5 viser verdiene for mettet vanndamptrykk ved flere temperaturer.

Tabell 5 Temperatur	Mettet damptrykk	Temperatur	Mettet damptrykk
		mmHg Kunst.			mmHg Kunst.

Vannmolekylærfysikk i dets tre aggregeringstilstander

Fig. 5.2 Diagram over aggregerte vanntilstander i området trippelpunkt A. I - is. II - vann. III - vanndamp.

Vann finnes i naturlige forhold i tre tilstander: fast - i form av is og snø, flytende - i form av vann selv, gassformig - i form av vanndamp. Disse vanntilstandene kalles aggregattilstander, eller henholdsvis faste, flytende og dampfaser. Overgangen av vann fra en fase til en annen er forårsaket av endringer i temperatur og trykk. I fig. viser et diagram over aggregeringstilstandene til vann avhengig av temperatur t og trykk P. Fra Fig. 5.2 er det klart at i region I finnes vann kun i fast form, i region II - kun i flytende form, i region III - bare i form av vanndamp. Langs AC-kurven er den i en tilstand av likevekt mellom faste og flytende faser (issmelting og vannkrystallisering); langs AB-kurven - i en likevektstilstand mellom væske- og gassfasen (fordamping av vann og kondensering av damp); langs AD-kurven - i likevekt mellom fast- og gassfasen (sublimering av vanndamp og sublimering av is).

Likevekten av fasene i henhold til fig. 5.2 langs kurvene AB, AC og AD må forstås som dynamisk likevekt, dvs. langs disse kurvene er antallet nydannede molekyler i en fase strengt tatt lik antallet nydannede molekyler i en annen fase .

Hvis vi for eksempel gradvis avkjøler vann ved et hvilket som helst trykk, vil vi i grensen finne oss på AC-kurven, der vann vil bli observert ved tilsvarende temperatur og trykk. Hvis vi gradvis varmer opp is ved forskjellige trykk, vil vi befinne oss på samme AC-likevektskurve, men på issiden. Tilsvarende vil vi ha vann og vanndamp, avhengig av hvilken side vi nærmer oss AB-kurven.

Alle tre kurvene for aggregeringstilstanden - AC (kurve for avhengigheten av smeltetemperaturen til is på trykk), AB (kurve for avhengigheten av koketemperaturen til vann på trykk), AD (kurve for avhengigheten av damptrykket av den faste fasen på temperatur) - skjæres i ett punkt A, kalt trippelpunkt. Av moderne forskning, verdiene for metningsdamptrykket og temperaturen på dette punktet er henholdsvis lik: P = 610,6 Pa (eller 6,1 hPa = 4,58 mm Hg), t = 0,01 °C (eller T = 273,16 TO). I tillegg til trippelpunktet går AB-kurven gjennom ytterligere to karakteristiske punkter - punktet som tilsvarer koking av vann ved normalt lufttrykk med koordinatene P = 1,013 10 5 Pa og t = 100°C, og punktet med koordinatene P = 2.211 10 7 Pa og t cr = 374.2°C, tilsvarende den kritiske temperaturen - temperaturen bare under hvilken vanndamp kan omdannes til flytende tilstand ved kompresjon.

Kurver AC, AB, AD relatert til prosessene for overgang av et stoff fra en fase til en annen er beskrevet av Clapeyron-Clausius-ligningen:

hvor T er den absolutte temperaturen som tilsvarer hver kurve, henholdsvis til temperaturen for fordampning, smelting, sublimering, etc.; L -- spesifikk varme henholdsvis fordampning, smelting, sublimering; V 2 - V 1 er forskjellen i spesifikke volumer, henholdsvis når man beveger seg fra vann til is, fra vanndamp til vann, fra vanndamp til is. En detaljert løsning av denne ligningen angående trykket av mettet vanndamp e 0 over overflaten av vann - kurve AB og is - kurve AD, kan bli funnet i løpet av generell meteorologi.

Vannkjemisk regime og tilstanden til utstyret til varmekretsen for varmtvannsforsyning til det femte trinnet av Sverdlovsk CHPP

Komponentene i den direkte nettverksstrømmen er: etterfyllingsvann og returvann (M-6; Gradmash). Vedlegg 6 viser endringen i forbruket av direkte nettverksvann ved Sverdlovsk CHPP i ulike perioder av året. Naturlig...

Dynamikken til et nettverk av hydrogenbindinger i vann og amorf is

Fig. 15. Modell «Energitransformasjoner under oscillasjoner» Modellen (fig. 15) illustrerer energitransformasjoner under harmoniske vibrasjoner kropper under påvirkning av kvasi-elastisk kraft ...

Ikke-ideelle systemer

Under visse forhold kan to forskjellige faser av samme stoff (for eksempel væske og gass) sameksistere med hverandre i vilkårlig lang tid. For å gjøre dette er det nødvendig å oppfylle følgende betingelser ved grensen til to faser: , og ...

Funksjoner ved å velge en strømningsmåler

Hvis oscillasjonene forplanter seg i retning av strømningshastigheten, så reiser de en avstand L i tid hvor a er lydhastigheten i et gitt medium; V -- strømningshastighet...

Funksjoner ved polymorfisme

Metallatomer, basert på geometriske betraktninger, kan danne hvilket som helst krystallgitter. Imidlertid er den stabile, og derfor faktisk eksisterende, typen gitteret som har lavest ledig energireserve...

Fysisk-kjemiske transformasjoner inkluderer prosesser med endringer i aggregeringstilstanden og krystallstruktur stoffet blir behandlet...

Faseplan, fasebaner. Begrens syklus. Representasjon av de enkleste prosessene på faseplanet. Isokliner, entallspunkter. Konstruksjon av integralkurver ved bruk av isokliner. Konstruksjon av integralkurver ved bruk av deltametoden

Fasebane er banen til et punkt i faserommet, som viser hvordan tilstanden til et dynamisk system endres med tiden t. La oss vurdere et ordinært system differensiallikninger n. orden Y = F(x,Y)...

Fysikk av makromolekylære forbindelser

Reaksjoner av denne typen ble brukt av Staudinger for å bevise den makromolekylære strukturen til naturlige og deretter syntetiske polymerer. Han konverterte polyvinylacetat til polyvinylalkohol...

Fysisk grunnlag for holografi

Hologrammer kan tas opp ikke bare på fotografiske plater, men også i andre medier. Det finnes mange forskjellige materialer som har den nødvendige følsomheten og oppløsningen...

Elektrisk beregning og automatisering av elvarmeinstallasjon

"right">Tabell 1 Oppvarmingsmetode Energikonverteringsmekanisme Omfang og IT-motstand (direkte og indirekte) Elektrisk energi omdannes til termisk energi når det går strøm gjennom ledende materialer Oppvarming...

Encyklopedisk YouTube

1 / 5

✪ Fasediagrammer

✪ Grunnleggende om Molecular | fysikk fasediagram av vann | 1

✪ Faseplan

✪ Kritisk tilstand i luften.

✪ Henrys lov

Undertekster

Alle faseoverganger som ble vurdert var isobariske; spesielt faseovergangene til vann i de siste videoene skjedde ved et trykk på havnivå lik én atmosfære. I virkeligheten er alt annerledes. I virkelige verden Ingen steder opprettholdes et konstant trykk på 1 atmosfære. 1 atmosfære er trykket ved havnivå på jorden. Trykket avhenger av planetens størrelse, tykkelsen på atmosfæren, av forholdene der gasser, væsker og faste stoffer. Så her er et fasediagram. Jeg skriver det ned. " Fasediagram" Det finnes flere former for kartregistrering. Dette er den mest populære av dem, som viser aggregeringstilstander og overganger mellom dem når temperatur og trykk endres. Dette er et diagram for vann. Trykkverdien er plottet langs ordinataksen, la meg signere den. X-aksen er temperatur, og områdene i diagrammet tilsvarer ulike aggregeringstilstander: fast, flytende... væske og til slutt gass. La oss se hvilken aggregeringstilstand en temperatur på 0 grader tilsvarer. Så temperaturen er 0 grader Celsius og trykket er 1 atmosfære. Dette punktet tilsvarer dem på grafen. Dette er grensen mellom et fast stoff og en væske ved et trykk på 1 atmosfære. Trykket her er 1 atmosfære. Dette tilsvarer det velkjente faktum at is smelter ved 0 grader. Hva skjer hvis vi øker trykket? Is vil smelte ved lavere temperatur. La oss øke trykket, for eksempel til 10 atmosfærer, som er 10 ganger mer enn trykket ved havnivå. Temperaturen der et fast stoff blir til en væske vil avta. Hvis trykket reduseres, for eksempel å være i Denver, som er en mil over havet, vil frysetemperaturen øke med omtrent 1 grad. Dette er ikke helt riktig skala, men poenget er at isen vil fryse raskere, det vil si ved høyere temperatur, i Denver enn på bunnen av Dødehavet eller Death Valley, som ligger under havoverflaten. Området til høyre for den lilla linjen tilsvarer gass. La oss gå tilbake til atmosfærisk trykk. Dette er et diagram for vann. Vi vet hvordan den oppfører seg ved et trykk på 1 atmosfære. Jeg trekker linjen. Ved et trykk på 1 atmosfære og en temperatur på 0 grader blir fast is til flytende vann. Når vi beveger oss langs denne linjen, går vi inn i et område med høy temperatur. På dette punktet på grafen er temperaturen 100 grader. Ved denne temperaturen og trykket på 1 atmosfære blir flytende vann til vanndamp, det vil si at det koker. Dette er kokepunktet for vann. Hva om du senker blodtrykket? La oss dra til Denver igjen. Her er Denver. Selv om nei, vi trenger noe mer visuelt. Det ville vært bedre om det var Mount Everest, der er trykket lavt. Når trykket synker, øker frysepunktet og kokepunktet synker, så det er lettere å koke vann på toppen av Everest enn ved foten eller i lavlandet i Death Valley. Tenk deg en væske. Den inneholder millioner av molekyler som er plassert veldig nærme, men som samtidig har tilstrekkelig kinetisk energiå bevege seg i forhold til hverandre. Molekyler beveger seg - væske strømmer. Molekyler fordamper ikke, hopper ikke ut, fordi luft presser på dem ovenfra. Jeg har allerede snakket om lufttrykk. Trykket som skapes av gassmolekyler avhenger av deres temperatur, så vel som deres kinetiske energi. Gassmolekyler er på toppen og lar ikke flytende molekyler hoppe ut. De hindrer dem i å skille seg fra hverandre og bli til gass. Jo større trykk, desto vanskeligere er det for molekyler å unnslippe. La oss nå overføre væsken til et vakuum, overflaten av månen der det ikke er luft, og rist litt. Disse molekylene er fortsatt tiltrukket av hverandre, men i fravær av ytre trykk er et lite trykk nok til at de blir til gass. Jo lavere trykket er, jo lettere er det for en væske, selv et fast stoff, å bli en gass. Selv faste stoffer fordamper. Dette krever svært lavt trykk. Se på venstre side av grafen. Det er praktisk talt et vakuum. Ta isen til overflaten av månen, til et område med ønsket temperatur, jeg er sikker på at det er minus der, men jeg husker ikke nøyaktig hvor mye, isen vil fordampe og bli til damp. Under dype vakuumforhold trenger molekylene til et stoff bare det minste trykk for å begynne å fordampe. Og dette kan ikke bare skje på månen. For å gjøre det klarere, vurder fasediagrammet for karbondioksid. Her er hun, se. Dette er karbondioksid. Vi puster det ut, grønne planter spiser det. Og dette stoffet oppfører seg annerledes ved 1 atmosfære enn vann. Vær oppmerksom på at skalaen ikke opprettholdes her. Avstandene mellom 1 og 5 atmosfærer og mellom fem og syttitre er faktisk ikke like. Skalaen her er også inkonsekvent. Hvis det var viktig, ville jeg nok brukt en logaritmisk skala. Men la oss gå tilbake til karbondioksid. Her er fast karbondioksid, her er en gass, og her er et flytende stoff. Ved et trykk på én atmosfære, det vil si ved havnivå, for eksempel, som i New Orleans, hvis du lager en temperatur på -80 grader Celsius, vil karbondioksid fryse. Du har støtt på dette. Jeg er ikke sikker på om den fortsatt brukes i røykgeneratorer, men alle har hørt om tørris. Dette er fast karbondioksid. Ved atmosfærisk trykk ved havnivå ved en temperatur på -78,5 grader sublimerer den. Sublimering er overgangen fra fast til flytende. Jeg skal skrive ned dette. Derfor er det ikke noe som heter flytende karbondioksid. Jeg har aldri sett noe lignende. For å lage karbondioksid flytende trenger du et trykk på 5 atmosfærer, det vil si 5 ganger høyere enn trykket ved havnivå. Dette er mulig på Jupiter eller Saturn, hvor trykket er enormt på grunn av tyngdekraften og tykkelsen på atmosfæren. Flytende karbondioksid forekommer naturlig på gassgigantiske planeter. Og på jorden sublimerer tørrisen. Det er et synonym for sublimering. Fra fast til gassform, forbigående væske. Det er noe annet interessant, og du har kanskje allerede lagt merke til det. Dette punktet kalles trippelpunktet fordi ved fem atmosfærer og minus 56 grader Celsius er karbondioksid i en tilstand av likevekt mellom is, væske og gass. Litt av hver av dem. Du kan presse et stoff mot en av tilstandene ved å endre betingelsene. Og her er trippelpunktet for vann. Ved lavere trykk enn atmosfærisk. Dette er 611 pascal, som er omtrent 200 ganger mindre enn én atmosfære. Ved dette trykket og temperaturen like over 0, er trippelpunktet for vann lokalisert. Her er vannet i likevekt mellom disse tre tilstandene. Det er et annet interessant poeng her. Kritisk punkt. Høres alvorlig og viktig ut, ikke sant? Hvis du hever temperaturen eller trykket enda høyere, får du en superkritisk væske. Høres kult ut. Alt utover det er en superkritisk væske. Med høy temperatur og trykk. Temperatur gjør det til en gass, men trykk gjør det til en væske - det er begge deler. Superkritisk vann brukes som løsningsmiddel. Det oppfører seg som flytende vann, stoffer kan løses opp i det, og det kan også trenge inn i faste stoffer og sive hvor som helst for å fjerne en form for forurensning eller løse opp en slags salt. Superkritiske væsker er veldig interessante. Og grunnen til at jeg viste deg disse diagrammene er fordi trykket kan endre seg like mye som temperaturen til et stoff. Ved 100 grader Celsius eller til og med 110 grader ved havnivå vil vann være en gass. Her er 110 graders merket, og det er vanndamp. La oss nå øke trykket, for eksempel, gå dypere under jorden eller til bunnen av havet, og vanndampen vil kondensere til væske. Går du til lavere temperaturer kan du se det motsatte av sublimering. Jeg tror jeg skrev ned navnet. Å nei. Han er borte. Det ligner på kondens, men jeg har glemt navnet. Dette er en overgang fra en gassform direkte til et fast stoff, utenom væsken. Fordelen med disse diagrammene er at de lar en forutsi oppførselen til et stoff når trykk og temperatur endres. Undertekster fra Amara.org-fellesskapet

Elementer i et fasediagram

Trippelpoeng

№	Faser			Press	Temperatur		Merk
				MPa	°C	K
1	Damp	Vann	Is Ih	611.657 Pa	0,01	273,16
2	Damp	Is Ih	Ice XI	0	−201,0	72,15
3	Vann	Is Ih	Is III	209,9	−21,985	251,165
4	Is Ih	Is II	Is III	212,9	−34,7	238,45
5	Is II	Is III	Is V	344,3	−24,3	248,85
6	Is II	Is VI	Ice XV	~ 800	−143	130	For D2O
7	Vann	Is III	Is V	350,1	−16,986	256,164
8	Vann	Is IV	Ice XII	~ 500-600	~ −6	~ 267
9	Is II	Is V	Is VI	~ 620	~ −55	~ 218
10	Vann	Is V	Is VI	632,4	0.16	273,32
11	Is VI	Is VIII	Is XV	~ 1500	−143	130	For D2O
12	Is VI	Is VII	Is VIII	2100	~ 5	~ 278
13	Vann	Is VI	Is VII	2216	81,85	355
14	Is VII	Is VIII	Ice X	62 000	−173	100
15	Vann	Is VII	Ice X	47 000	~ 727	~ 1000

Issublimasjonskurve

P = A ⋅ e x p (− B / T) , (\displaystyle P=A\cdot exp(-B/T),) A = 3,41 ⋅ 10 12 Pa; B = 6130 K. (\displaystyle A=3.41\cdot 10^(12)~\mathrm (Pa) ;\quad B=6130~\mathrm (K) .)

Feilen i denne formelen er ikke mer enn 1 % i temperaturområdet 240-273,16 K og ikke mer enn 2,5 % i temperaturområdet 140-240 K.

Mer nøyaktig er sublimeringskurven beskrevet av formelen anbefalt av IAPWS (Engelsk) russisk(Engelsk) International Association for the Properties of Water and Steam - International Association for the Study of the Properties of Water and Steam) :

ln ⁡ P P 0 = T 0 T ∑ i = 1 3 a i (T T 0) b i , (\displaystyle \ln (\frac (P)(P_(0)))=(\frac (T_(0))(T ))\sum _(i=1)^(3)a_(i)\venstre((T \over T_(0))\høyre)^(b_(i)),) Po = 611, 657 Pa; T0 = ​​273,16 K; a 1 = − 21, 2144006; b 1 = 0,003333333; a 2 = 27, 3203819; b 2 = 1, 20666667; a 3 = - 6, 1059813; b 3 = 1 , 70333333. (\displaystyle (\begin(matrix)~P_(0)=611.657~\mathrm (Pa) ;&T_(0)=273.16~\mathrm (K) ;\\a_(1 )= -21.2144006;&b_(1)=0.003333333;\\a_(2)=27.3203819;&b_(2)=1.20666667;\\a_(3)=-6.1059813;&b_( 3)(3)3)=end

Issmeltekurve Ih

P P 0 = 1 + ∑ i = 1 3 a i [ 1 − (T T 0) b i ] , (\displaystyle (\frac (P)(P_(0)))=1+\sum _(i=1)^( 3)a_(i)\venstre,) Po = 611, 657 Pa; T0 = ​​273,16 K; a 1 = 1 195 393, 37; b 1 = 3, 00; a2 = 80 818, 3159; b2 = 25, 75; a3 = 3338, 2686; b3 = 103, 75; (\displaystyle (\begin(matrise)~P_(0)=611.657~\mathrm (Pa) ;&T_(0)=273.16~\mathrm (K) ;\\a_(1)=1~195~393 ,37 ;&b1=3.00;\\a_(2)=80~818.3159;&b2=25.75;\\a_(3)=3~338.2686;&b3=103.75;\end( matrise)))

Issmeltekurve III

Smeltekurve is III begynner ved punktet for minimum størkningstemperatur for vann (251.165 K; 208.566 MPa), hvor vanlig is blir til strukturell modifikasjon III, og slutter ved punktet (256.164 K; 350.1 MPa), hvor grensen for fase III og V passerer.

P P 0 = 1 − 0 , 299948 [ 1 − (T T 0) 60 ] , (\displaystyle (\frac (P)(P_(0)))=1-0,299948\venstre,) Po = 208,566 MPa; T0 = ​​251.165 K. (\displaystyle P_(0)=208.566~\mathrm (MPa) ;\quad T_(0)=251.165~\mathrm (K) .)

Issmeltekurve V

Smeltekurven til is V begynner ved punktet (256,164 K; 350,1 MPa), ved grensen til fase III og V, og slutter ved punktet (273,31 K; 632,4 MPa), hvor grensen for fase V og VI passerer.

P P 0 = 1 − 1 , 18721 [ 1 − (T T 0) 8 ] , (\displaystyle (\frac (P)(P_(0)))=1-1,18721\venstre,) Po = 350,1 MPa; T0 = ​​256.164 K. (\displaystyle P_(0)=350.1~\mathrm (MPa) ;\quad T_(0)=256.164~\mathrm (K) .)

Issmeltekurve VI

Sme

P P 0 = 1 − 1 , 07476 [ 1 − (T T 0) 4 , 6 ] , (\displaystyle (\frac (P)(P_(0)))=1-1,07476\venstre,) Po = 632,4 MPa; T0 = ​​273,31 K. (\displaystyle P_(0)=632.4~\mathrm (MPa) ;\quad T_(0)=273.31~\mathrm (K) .)

Issmeltekurve VII

Smeltekurven til is VII begynner ved punktet (355 K; 2216 MPa), ved grensen til fase VI og VII, og slutter ved punktet (715 K; 20,6 GPa), hvor grensen til fase VII passerer.

ln ⁡ P P 0 = ∑ i = 1 3 a i (1 − (T T 0) b i) , (\displaystyle \ln (\frac (P)(P_(0)))=\sum _(i=1)^( 3)a_(i)\venstre(1-\venstre((T \over T_(0))\høyre)^(b_(i))\høyre),) Po = 2216 MPa; T0 = ​​355 K; a 1 = 1, 73683; b 1 = − 1; a 2 = - 0, 0544606; b2 = 5; a3 = 8, 06106 ⋅ 10 - 8; b 3 = 22. (\displaystyle (\begin(matrise)~P_(0)=2216~\mathrm (MPa) ;&T_(0)=355~\mathrm (K) ;\\a_(1)=1, 73683;&b_(1)=-1;\\a_(2)=-0,0544606;&b_(2)=5;\\a_(3)=8.06106\cdot 10^(-8);&b_( 3)=22 .\end(matrise)))

Vanndampmetningskurve

Vanndampmetningskurven begynner ved vannets trippelpunkt (273,16 K; 611,657 Pa) og slutter ved det kritiske punktet (647,096 K; 22,064 MPa). Den viser kokepunktet til vann ved et spesifisert trykk eller tilsvarende trykket til mettet vanndamp ved en spesifisert temperatur. På det kritiske punktet når tettheten av vanndamp tettheten til vann, og dermed forsvinner forskjellen mellom disse aggregeringstilstandene.

β 2 θ 2 + n 1 β 2 θ + n 2 β 2 + n 3 β θ 2 + n 4 β θ + n 5 β + n 6 θ 2 + n 7 θ + n 8 = 0 , (\stil ^(2)\theta ^(2)+n_(1)\beta ^(2)\theta +n_(2)\beta ^(2)+n_(3)\beta \theta ^(2)+n_( 4)\beta \theta +n_(5)\beta +n_(6)\theta ^(2)+n_(7)\theta +n_(8)=0,) θ = T T 0 + n 9 T T 0 − n 10; To = 1 K; (\displaystyle \theta =(T \over T_(0))+(\frac (n_(9))((T \over T_(0))-n_(10)));\quad T_(0)= 1~\mathrm (K) ;) β = (P Po) 0, 25; Po = 1 MPa; (\displaystyle \beta =\left((\frac (P)(P_(0)))\right)^(0.25);\quad P_(0)=1~\mathrm (MPa) ;) n0 = 1, 0; (\displaystyle n_(0)=1.0;) n 1 = 1167, 0521452767; (\displaystyle n_(1)=1167.0521452767;) n 2 = - 724213, 16703206; (\displaystyle n_(2)=-724213,16703206;) n 3 = - 17, 073846940092; (\displaystyle n_(3)=-17.073846940092;) n 4 = 12020, 82470247; (\displaystyle n_(4)=12020.82470247;) n 5 = - 3232555, 0322333; (\displaystyle n_(5)=-3232555.0322333;) n 6 = 14, 91510861353; (\displaystyle n_(6)=14.91510861353;) n 7 = - 4823, 2657361591; (\displaystyle n_(7)=-4823.2657361591;) n8 = 405113, 40542057; (\displaystyle n_(8)=405113,40542057;) n 9 = − 0, 23855557567849; (\displaystyle n_(9)=-0.23855557567849;) n 10 = 650, 17534844798. (\displaystyle n_(10)=650,17534844798.)

For en gitt absolutt temperaturverdi T beregnes den normaliserte verdien θ og odds kvadratisk ligning

A = θ 2 + n 1 θ + n 2; (\displaystyle A=\theta ^(2)+n_(1)\theta +n_(2);) B = n 3 θ 2 + n 4 θ + n 5; (\displaystyle B=n_(3)\theta ^(2)+n_(4)\theta +n_(5);) C = n 6 θ 2 + n 7 θ + n 8 , (\displaystyle C=n_(6)\theta ^(2)+n_(7)\theta +n_(8),)

hvoretter verdien er funnet β

β = − B − B 2 − 4 A C 2 A (\displaystyle \beta =(\frac (-B-(\sqrt (B^(2)-4AC)))(2A)))

og absolutt trykkverdi:

P = P0β4. (\displaystyle P=P_(0)\beta ^(4).)

Mettet vanndamptrykk (kPa) ved forskjellige temperaturer

T°C	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
0	0,6112	0,6571	0,7060	0,7581	0,8135	0,8726	0,9354	1,002	1,073	1,148
10	1,228	1,313	1,403	1,498	1,599	1,706	1,819	1,938	2,065	2,198
20	2,339	2,488	2,645	2,811	2,986	3,170	3,364	3,568	3,783	4,009
30	4,247	4,497	4,759	5,035	5,325	5,629	5,947	6,282	6,632	7,000
40	7,384	7,787	8,209	8,650	9,112	9,594	10,10	10,63	11,18	11,75
50	12,35	12,98	13,63	14,31	15,02	15,76	16,53	17,33	18,17	19,04
60	19,95	20,89	21,87	22,88	23,94	25,04	26,18	27,37	28,60	29,88
70	31,20	32,57	34,00	35,48	37,01	38,60	40,24	41,94	43,70	45,53
80	47,41	49,37	51,39	53,48	55,64	57,87	60,17	62,56	65,02	67,56
90	70,18	72,89	75,68	78,57	81,54	84,61	87,77	91,03	94,39	97,85
100	101,4

se også

Linker

• IAPWS. Nettstedet til International Association for the Study of the Properties of Water.

Vannets tilstand har blitt studert over et bredt spekter av temperaturer og trykk. Ved høye trykk er det etablert minst ti krystallinske modifikasjoner av is. Den mest studerte er is I - den eneste modifikasjonen av is som finnes i naturen.

Tilstedeværelsen av ulike modifikasjoner av et stoff - polymorfisme - fører til en komplikasjon av tilstandsdiagrammer.

Fasediagram over vann i koordinater R - T er presentert i fig. 6. Den består av 3 fasefelt- områder av ulike R, T- verdier der vann eksisterer i form av en bestemt fase - is, flytende vann eller damp (angitt i figuren med henholdsvis bokstavene L, F og P). Disse fasefeltene er atskilt med 3 grensekurver.

Kurve AB - fordampningskurve, uttrykker avhengigheten damptrykk av flytende vann fra temperatur(eller omvendt representerer avhengigheten av kokepunktet til vann av trykk). Med andre ord tilsvarer denne linjen to-fase likevekt

flytende vann er damp, og antall frihetsgrader beregnet ved hjelp av faseregelen er MED= 3 - 2 = 1. Denne likevekten kalles monovariant. Dette betyr at for en fullstendig beskrivelse av systemet er det nok å bestemme bare én variabel- enten temperatur eller trykk, fordi for en gitt temperatur er det bare ett likevektstrykk og for et gitt trykk er det bare en likevektstemperatur.

Ved trykk og temperaturer tilsvarende punkter under linjen AB vil væsken fordampe fullstendig, og dette området er dampområdet. For å beskrive et system i et gitt enfaseområde, trengs to uavhengige variabler: temperatur og trykk ( MED = 3 - 1 = 2).

Ved trykk og temperaturer som tilsvarer punkter over linjen AB, kondenseres dampen fullstendig til væske ( MED= 2). Den øvre grensen for fordampningskurven AB er ved punkt B, som kalles det kritiske punktet (for vann 374,2ºС og 218,5 atm.). Over denne temperaturen blir væske- og dampfasen umulig å skille (væske/damp-grensesnittet forsvinner), derfor F = 1.

Linje AC - denne issublimasjonskurven (noen ganger kalt sublimeringslinjen), som gjenspeiler avhengigheten vanndamptrykk over isen ved temperatur. Denne linjen tilsvarer den monovariante likevekten is ↔ damp ( MED=1). Over linjen AC er isområdet, under er dampområdet.

Linje AD - smeltekurve, uttrykker avhengigheten issmeltetemperatur kontra trykk og tilsvarer den monovariante likevekten is ↔ flytende vann. For de fleste stoffer avviker AD-linjen fra vertikal til høyre, men oppførselen til vann

Fig.6. Fasediagram av vann

unormalt: flytende vann opptar mindre volum enn is. En trykkøkning vil medføre et skifte i likevekt mot dannelse av væske, d.v.s. frysepunktet vil synke.

Studier som først ble utført av Bridgman for å bestemme forløpet til smeltekurven til is ved høyt trykk, viste at alle eksisterende krystallinske modifikasjoner av is, med unntak av den første, er tettere enn vann. Dermed er øvre grense for AD-linjen punkt D, hvor is I (vanlig is), is III og flytende vann sameksisterer i likevekt. Dette punktet er på -22ºС og 2450 atm.

Trippelpunktet for vann (et punkt som reflekterer likevekten mellom tre faser - væske, is og damp) i fravær av luft er lokalisert ved 0,0100ºС ( T = 273,16K) og 4,58 mm Hg. Antall frihetsgrader MED= 3-3 = 0 og en slik likevekt kalles invariant.

Et fasediagram (eller fasediagram) er en grafisk fremstilling av forholdet mellom mengder som karakteriserer tilstanden til et system og fasetransformasjoner i systemet (overgang fra fast til flytende, fra flytende til gassformig, etc.).

For enkomponentsystemer brukes vanligvis fasediagrammer som viser avhengigheten av fasetransformasjoner på temperatur og trykk; de kalles fasediagrammer i P-t-koordinater.

I fig. Figur 10.1 viser i skjematisk form (uten streng overholdelse av målestokk) et diagram over vanntilstanden. Ethvert punkt på diagrammet tilsvarer visse verdier av temperatur og trykk.

Ris. 10.1. Diagram over vanntilstanden i området med lavtrykk

Diagrammet viser de tilstandene til vann som er termodynamisk stabile ved visse verdier av temperatur og trykk. Den består av tre kurver som skiller alle mulige temperaturer og trykk i tre regioner som tilsvarer is, væske og damp.

OA-kurven representerer avhengigheten av mettet vanndamptrykk på temperaturen: punktene på kurven viser de parene med temperatur- og trykkverdier der flytende vann og vanndamp er i likevekt med hverandre. OA-kurven kalles væske-damp-likevektskurven eller kokekurve.

OS-kurve - fast-væske likevektskurve, eller smeltekurve, - viser de parene med temperatur- og trykkverdier der is og flytende vann er i likevekt.

OB-kurve - solid state - damplikevektskurve, eller sublimasjonskurve. Det tilsvarer de parene med temperatur- og trykkverdier der is og vanndamp er i likevekt.

Alle tre kurvene skjærer hverandre i punkt O. Koordinatene til dette punktet er det eneste paret av temperatur- og trykkverdier der alle tre fasene kan være i likevekt: is, flytende vann og damp. Det heter trippelpunkt.

Trippelpunktet tilsvarer et vanndamptrykk på 0,610 kPa (4,58 mm Hg) og temperatur O, O GS.

Tilstandsdiagrammet for vann er viktig når man utvikler teknologiske regimer for å oppnå matvarer. For eksempel, som følger av diagrammet, hvis is varmes opp med et trykk på mindre enn 0,610 kPa (4,58 mm Hg), blir den direkte til damp. Dette er grunnlaget for utvikling av metoder for å produsere matvarer ved frysetørking.

En av egenskapene til vann som skiller det fra andre stoffer er at isens smeltepunkt synker med økende trykk. Denne omstendigheten gjenspeiles i diagrammet. OC-smeltekurven på vanndiagrammet går opp til venstre, mens den for nesten alle andre stoffer går opp til høyre.

Transformasjonene som skjer med vann ved atmosfærisk trykk reflekteres på diagrammet av punkter eller segmenter plassert på den horisontale linjen tilsvarende 101,3 kPa (760 mm Hg). Således tilsvarer smelting av is eller krystallisering av vann punkt D, koking av vann - til punkt E, oppvarming eller avkjøling av vann - segment DE, etc.