Sho'r suvning fazaviy holatining zichlik diagrammasi. Suv holati diagrammasi va faza qoidasi. Suvning fazali diagrammasi
Gibbs faza qoidasini bir komponentli sistemalarga tatbiq etish. Suv va oltingugurt holati diagrammasi
Bir komponentli tizim uchun TO=1 va faza qoidasi quyidagicha yoziladi:
C = 3– F
Agar F= 1, keyin BILAN=2 , ular tizim deb aytishadi bivariant;
F= 2, keyin BILAN=1 , tizim monovariant;
F= 3, keyin BILAN = 0,
tizimi o'zgarmas.
Bosim o'rtasidagi bog'liqlik ( R), harorat ( T) va hajm ( V) fazalar uch o'lchovli sifatida ifodalanishi mumkin faza diagrammasi. Har bir nuqta (deb ataladi tasviriy nuqta) bunday diagrammada qandaydir muvozanat holati tasvirlangan. Ushbu diagrammaning bo'limlari bilan tekislik bilan ishlash odatda qulayroqdir R - T(da V = konst) yoki samolyot P - V(da T = konst). Keyinchalik, biz faqat tekislik bilan kesma holatini ko'rib chiqamiz R - T(da V = konst).
Suvning holati keng harorat va bosim oralig'ida o'rganilgan. Yuqori bosimlarda muzning kamida o'nta kristalli modifikatsiyasi mavjudligi aniqlandi. Eng ko'p o'rganilgan muz I - tabiatda topilgan muzning yagona modifikatsiyasi.
Moddaning turli xil modifikatsiyalarining mavjudligi - polimorfizm holat diagrammalarining murakkablashishiga olib keladi.
Koordinatalarda suvning fazaviy diagrammasi R - T 15-rasmda ko'rsatilgan. U 3 tadan iborat faza maydonlari- turli sohalarda R, T- suvning ma'lum bir faza shaklida mavjud bo'lgan qiymatlari - muz, suyuq suv yoki bug '(rasmda mos ravishda L, W va P harflari bilan ko'rsatilgan). Bu faza maydonlari 3 ta chegaraviy egri chiziq bilan ajratilgan.
AB egri chizig'i - bug'lanish egri chizig'i, bog'liqlikni ifodalaydi suyuq suvning haroratdagi bug' bosimi(yoki aksincha, suvning qaynash nuqtasining tashqi bosimga bog'liqligini ifodalaydi). Boshqacha qilib aytganda, bu chiziq ikki fazali muvozanatga mos keladi.
Suyuq suv ↔ bug 'va faza qoidasidan hisoblangan erkinlik darajalari soni BILAN= 3 – 2 = 1. Bunday muvozanat deyiladi monovariant. Bu shuni anglatadiki, tizimning to'liq tavsifi uchun faqat aniqlash kifoya qiladi bitta o'zgaruvchi- harorat yoki bosim, chunki ma'lum bir harorat uchun faqat bitta muvozanat bosimi va ma'lum bir bosim uchun - faqat bitta muvozanat harorati mavjud.
AB chizig'i ostidagi nuqtalarga mos keladigan bosim va haroratlarda suyuqlik butunlay bug'lanadi va bu mintaqa bug 'hududidir. Berilgan bir fazali mintaqadagi tizimni tavsiflash uchun ikkita mustaqil o'zgaruvchi kerak: harorat va bosim ( BILAN = 3 – 1 = 2).
AB chizig'i ustidagi nuqtalarga mos keladigan bosim va haroratlarda bug 'to'liq suyuqlikka aylanadi ( BILAN= 2). AB bug'lanish egri chizig'ining yuqori chegarasi B nuqtasida bo'lib, u kritik nuqta deb ataladi (suv uchun 374,2ºS va 218,5). atm.). Bu haroratdan yuqori suyuqlik va bug 'fazalari farqlanmaydi (suyuqlik / bug' interfeysi yo'qoladi), shuning uchun F = 1.
AC chizig'i - bu muz sublimatsiya egri chizig'i (ba'zan sublimatsiya chizig'i deb ataladi), bu bog'liqlikni aks ettiradi. haroratda muz ustidagi suv bug'ining bosimi. Bu chiziq monovariant muvozanat muz ↔ bug'iga mos keladi ( BILAN= 1). AC chizig'ining tepasida muz mintaqasi, bug' mintaqasi ostida joylashgan.
AD chizig'i - erish egri chizig'i, bog'liqlikni ifodalaydi bosim ostida muzning erish harorati va monovariant muvozanat muz ↔ suyuq suvga mos keladi. Ko'pgina moddalar uchun AD chizig'i vertikaldan o'ngga og'adi, lekin suvning harakati anomaldir: suyuq suv muzdan kichikroq hajmni egallaydi. Bosimning oshishi muvozanatning suyuqlik hosil bo'lishiga qarab siljishiga olib keladi, ya'ni muzlash nuqtasi pasayadi.
Muzning erish egri chizig'ini yuqori bosimda aniqlash uchun Bridgman tomonidan olib borilgan tadqiqotlar shuni ko'rsatdiki, muzning barcha mavjud kristalli modifikatsiyalari, birinchisidan tashqari, suvdan zichroqdir. Shunday qilib, AD chizig'ining yuqori chegarasi D nuqtasi bo'lib, bu erda muz I (oddiy muz), muz III va suyuq suv muvozanatda birga yashaydi. Bu nuqta -22ºS va 2450 da atm.
Guruch. 15. Suvning fazaviy diagrammasi
Suv misoli shuni ko'rsatadiki, fazaviy diagramma har doim ham 15-rasmda ko'rsatilganidek, bunday oddiy xarakterga ega emas. Suv bir necha qattiq fazalar shaklida mavjud bo'lishi mumkin, ular kristalli tuzilishi bilan farqlanadi (16-rasmga qarang).
Guruch. 16. Keng bosim qiymatlarida suvning kengaytirilgan fazali diagrammasi.
Suvning uchlik nuqtasi (uch fazaning muvozanatini aks ettiruvchi nuqta - suyuqlik, muz va bug') havo yo'qligida 0,01ºS ( T = 273,16K) va 4.58 mmHg. Erkinlik darajalari soni BILAN= 3-3 = 0 va bunday muvozanat o'zgarmas deb ataladi.
Havo mavjud bo'lganda, uch faza 1 da muvozanatda bo'ladi atm. va 0ºS ( T = 273,15K). Havodagi uch nuqtaning pasayishi quyidagi sabablarga ko'ra yuzaga keladi:
1. Havoning suyuq suvda eruvchanligi 1 atm, bu uch martalik nuqtaning 0,0024ºS ga pasayishiga olib keladi;
2. 4,58 dan bosimni oshirish mmHg. 1 gacha atm, bu uch martalik nuqtani yana 0,0075ºS ga kamaytiradi.
Suv holatlari.
Suv uchta agregat holatida yoki fazada bo'lishi mumkin - qattiq (muz), suyuqlik (suvning o'zi), gazsimon (bug'). Yerda haqiqatan ham mavjud bo'lgan atmosfera bosimi va harorat diapazonlari bilan suv bir vaqtning o'zida turli agregatsiya holatlarida bo'lishi juda muhimdir. Shu jihatdan suv tabiiy sharoitda asosan qattiq (minerallar, metallar) yoki gazsimon (O 2, N 2, CO 2 va boshqalar) holatda bo'lgan boshqa fizik moddalardan sezilarli darajada farq qiladi.
Moddaning agregat holatidagi o'zgarishlar fazaviy o'tishlar deyiladi. Bunday hollarda moddaning xossalari (masalan, zichlik) keskin o'zgaradi. Fazali o'tishlar energiyaning chiqishi yoki yutilishi bilan birga bo'lib, fazaviy o'tishning issiqligi ("yashirin issiqlik") deb ataladi.
Suvning to'planish holatining bosim va haroratga bog'liqligi suvning holat diagrammasi yoki o'zgarishlar diagrammasi bilan ifodalanadi (5.1.1.-rasm).
5.1.1-rasmdagi BB "O egri chizig'i erish egri chizig'i deyiladi. Bu egri chiziqdan chapdan o'ngga o'tganda erish sodir bo'ladi.
Guruch. 5.1.1. Suv holati diagrammasi
I - VIII - muzning turli xil modifikatsiyalari
muz, o'ngdan chapga - muz hosil bo'lishi (suvning kristallanishi). OK egri chizig'i bug'lanish egri chizig'i deb ataladi. Bu egri chiziqdan o'tayotganda suv chapdan o'ngga qaynaydi, suv bug'i esa o'ngdan chapga kondensatsiyalanadi. AO egri chizig'i sublimatsiya egri chizig'i yoki sublimatsiya egri chizig'i deb ataladi. Uni chapdan o'ngga kesib o'tishda muzning bug'lanishi (sublimatsiya) va o'ngdan chapga - qattiq fazaga (yoki sublimatsiya) kondensatsiya sodir bo'ladi.
O nuqtasida (uchlik nuqta deb ataladigan, 610 Pa bosim va 0,01 ° C yoki 273,16 K haroratda) suv bir vaqtning o'zida barcha uchta agregat holatida bo'ladi.
Muzning erishi (yoki suvning kristallanishi) harorati harorat yoki erish nuqtasi T pl deb ataladi. Bu haroratni harorat yoki muzlash nuqtasi T dep deb ham atash mumkin.
Suv yuzasidan, shuningdek, muz va qordan ma'lum miqdordagi molekulalar doimiy ravishda yirtilib, havoga ko'tarilib, suv bug'lari molekulalarini hosil qiladi. Shu bilan birga, suv bug'lari molekulalarining bir qismi suv, qor va muz yuzasiga qaytadi. Agar birinchi jarayon ustun bo'lsa, suv bug'lanadi, ikkinchisi - suv bug'ining kondensatsiyasi. Ushbu jarayonlarning yo'nalishi va intensivligini tartibga soluvchi namlik tanqisligi - ma'lum bir havo bosimida bo'shliqni to'yingan suv bug'ining egiluvchanligi va suv yuzasining harorati (qor, muz) va elastiklik o'rtasidagi farq. aslida havoda mavjud bo'lgan suv bug'i, ya'ni. mutlaq havo namligi. Havodagi to'yingan suv bug'ining tarkibi va uning elastikligi harorat oshishi bilan (normal bosimda) quyidagicha ortadi. 0 ° S haroratda to'yingan suv bug'ining tarkibi va elastikligi mos ravishda 4,856 g / m3 va 6,1078 hPa ni tashkil qiladi, 20 ° C haroratda - 30,380 g / m3 va 23,373 hPa, 40 ° C da - 51,127 g. /m3 va 73,777 hPa.
Suv yuzasidan (muz, qor), shuningdek nam tuproqdan bug'lanish har qanday haroratda sodir bo'ladi va kuchliroq bo'lsa, namlik tanqisligi qanchalik katta bo'ladi. Harorat ko'tarilgach, bo'shliqni to'yingan suv bug'ining elastikligi oshadi va bug'lanish tezlashadi. Bug'lanish yuzasida havo harakati tezligining oshishi (ya'ni, tabiiy sharoitda shamol tezligi) ham bug'lanishning oshishiga olib keladi, bu esa vertikal massa va issiqlik uzatishning intensivligini oshiradi.
Kuchli bug'lanish nafaqat suvning erkin yuzasini, balki uning qalinligini ham qoplaganida, bug'lanish bu holda hosil bo'lgan pufakchalarning ichki yuzasidan kelib chiqadi, qaynash jarayoni boshlanadi. To'yingan suv bug'ining bosimi tashqi bosimga teng bo'lgan haroratga harorat yoki qaynash nuqtasi T balyasi deyiladi.
Oddiy atmosfera bosimida (1,013 105 Pa \u003d 1,013 bar \u003d 1 atm \u003d 760 mm Hg) suvning muzlash (muzning erishi) va qaynash (kondensatsiya) nuqtalari 0 va 100 ° Tselsiyga to'g'ri keladi.
Muzlash nuqtasi T o'rinbosari va suv T qaynash qaynoq nuqtasi bosim bog'liq (qarang. Fig. 3.9.2.). Bosimning 610 dan 1,013 105 Pa (yoki 1 atm) gacha o'zgarishi oralig'ida muzlash nuqtasi biroz pasayadi (0,01 dan 0 ° C gacha), keyin bosim taxminan 6 107 Pa (600 atm) ga ko'tarilganda, T zap pasayadi. -5 ° C gacha, 2,2 108 Pa (2,200 atm) bosim ortishi bilan T o'rinbosari -22 ° S gacha kamayadi bosim yanada ortishi bilan, T o'rinbosari tez o'sishda boshlanadi. Juda yuqori bosimda muzning maxsus "modifikatsiyalari" (II-VIII) hosil bo'ladi, ular xossalari bilan oddiy muzdan (muz I) farq qiladi.
Erdagi haqiqiy atmosfera bosimida chuchuk suv taxminan 0 ° S haroratda muzlaydi.Okeanning maksimal chuqurligida (taxminan 11 km) bosim 108 Pa yoki 1000 atm dan oshadi (har 10 m uchun chuqurlikning oshishi). bosimni taxminan 105 Pa yoki 1 atm ga oshiradi). Bunday bosimda toza suvning muzlash nuqtasi -12 ° C atrofida bo'ladi.
Suvning muzlash nuqtasini pasaytirish uchun
uning sho'rligi ta'sir qiladi.
1.4). Har 10 ‰ uchun sho'rlanishning oshishi T chuqurligini taxminan 0,54 ° C ga kamaytiradi:
T o'rinbosari \u003d -0,054 S.
Qaynash nuqtasi bosimning pasayishi bilan kamayadi (3.9.2-rasmga qarang). Shuning uchun, tog'larda yuqori balandliklarda, suv 100 ° C dan past haroratda qaynaydi bosim ortishi bilan, T qaynab "kritik nuqta" deb atalmish ortadi, qachon p = 2,2 107 Pa va T qaynatish = 374 ° C, suv bir vaqtning o'zida suyuq va gaz xususiyatlariga ega.
Suv holatining diagrammasi nafaqat Yerdagi suvning "xulq-atvori" ga, balki butun sayyoramizning tabiiy sharoitlariga hal qiluvchi ta'sir ko'rsatadigan suvning ikkita "anomaliyasi" ni ko'rsatadi. Davriy sistemada kislorod bilan bir qatorda joylashgan elementlar - tellur Te, selen va oltingugurt S bilan vodorod birikmalari bo'lgan moddalar bilan solishtirganda, suvning muzlash va qaynash nuqtalari juda yuqori. Muzlash va qaynash nuqtalari va ko'rsatilgan moddalarning massa soni o'rtasidagi muntazam munosabatni hisobga olsak, suvning muzlash nuqtasi taxminan -90 ° C va qaynash nuqtasi -70 ° C atrofida bo'lishini kutish mumkin. Anormal darajada yuqori qiymatlar Muzlash va qaynash haroratlari sayyorada suvning qattiq va suyuq holatda bo'lish imkoniyatini oldindan belgilab beradi va Yerdagi asosiy gidrologik va boshqa tabiiy jarayonlar uchun hal qiluvchi shartlar bo'lib xizmat qiladi.
Suvning zichligi
Zichlik har qanday moddaning eng muhim jismoniy xususiyatidir. Bu bir hil moddaning hajm birligiga to'g'ri keladigan massasi:
bu erda m - massa, V - hajm. Zichlik p o'lchamiga ega kg / m 3 .
Suvning zichligi, boshqa moddalar kabi, birinchi navbatda, harorat va bosimga bog'liq (va tabiiy suvlar uchun, shuningdek, erigan va nozik disperslangan to'xtatilgan moddalarning tarkibiga) va fazaviy o'tish paytida keskin o'zgaradi .. Haroratning oshishi bilan suvning zichligi, har qanday boshqa moddalar singari, harorat oralig'ining ko'p qismida pasayadi, bu harorat oshishi bilan molekulalar orasidagi masofaning oshishi bilan bog'liq. Bu tartib faqat muz eriganida va suv 0 dan 4 ° gacha (aniqrog'i 3,98 ° S) qizdirilganda buziladi. Bu yerda suvning yana ikkita juda muhim “anatomiyasi” qayd etilgan: 1) qattiq holatdagi (muz) suvning zichligi suyuq holatdagi (suv)dagidan kamroq bo‘ladi, bu boshqa moddalarning mutlaq ko‘pchiligida kuzatilmaydi; 2) 0 dan 4 ° C gacha bo'lgan suv harorati oralig'ida suvning zichligi harorat oshishi bilan kamaymaydi, balki ortadi. Suv zichligi o'zgarishining xususiyatlari suvning molekulyar tuzilishini qayta tashkil etish bilan bog'liq. Suvning bu ikki "anomaliyasi" katta gidrologik ahamiyatga ega: muz suvdan engilroq va shuning uchun uning yuzasida "suzadi"; suv omborlari odatda tubiga muzlamaydi, chunki 4 ° dan past haroratgacha sovutilgan toza suv kamroq zichroq bo'ladi va shuning uchun sirt qatlamida qoladi.
Muzning zichligi uning tuzilishi va haroratiga bog'liq. G'ovakli muzning zichligi 1.1-jadvalda ko'rsatilganidan ancha past bo'lishi mumkin. Hatto kamroq qor zichligi. Yangi tushgan qorning zichligi 80-140 kg / m 3 ni tashkil qiladi, qadoqlangan qorning zichligi asta-sekin 140-300 dan (erishidan oldin) 240-350 gacha (erish boshida) va 300-450 kg / m3 (da). erishning oxiri). Zich ho'l qorning zichligi 600-700 kg / m 3 gacha bo'lishi mumkin. Erish paytida qor parchalari zichligi 400-600, qor ko'chkisi 500-650 kg / m3. Muz va qor erishi paytida hosil bo'lgan suv qatlami muz yoki qor qatlamining qalinligi va ularning zichligiga bog'liq. Muz yoki qorda suvni saqlash:
h in = ah l r l / r
Bu erda h l - muz yoki qor qatlamining qalinligi, p l - ularning zichligi, p - suvning zichligi va h in va h l o'lchamlari nisbati bilan belgilanadigan omil: agar suv qatlami mm bilan ifodalangan bo'lsa, muzning (qor) qalinligi sm, keyin a=10, bir xil o'lchamli a=1.
Suvning zichligi ham undagi erigan moddalarning tarkibiga qarab o'zgaradi va sho'rlanish ortishi bilan ortadi (1.5-rasm). Oddiy bosimdagi dengiz suvining zichligi 1025-1033 kg / m 3 ga yetishi mumkin.
Atmosfera bosimidagi suv zichligiga harorat va sho'rlanishning birgalikdagi ta'siri dengiz suvi holati tenglamasi yordamida ifodalanadi. Bunday tenglama eng oddiy chiziqli shaklda quyidagicha yoziladi:
p \u003d p o (1 - a 1 T + a 2 S)
bu erda T - suv harorati, ° S, S - suvning sho'rligi, ‰, p o - T \u003d 0 va S \u003d 0, a 1 va a 2 da suv zichligi - parametrlar.
Sho'rlanishning oshishi formula bo'yicha eng yuqori zichlikdagi (°C) haroratning pasayishiga ham olib keladi.
T max.pl \u003d 4 - 0,215 S.
Guruch. 5.2.1. Oddiy atmosfera bosimidagi suv zichligi suvning harorati va sho'rligiga bog'liqligi.
Har 10 ‰ uchun sho'rlanishning ortishi Tmaxni taxminan 2 ° C ga kamaytiradi. Eng yuqori zichlikdagi harorat va muzlash nuqtasining suv sho'rligiga bog'liqligi Helland-Hansen grafigi deb ataladi (3.10.1-rasmga qarang).
Eng katta zichlik va muzlash harorati o'rtasidagi munosabat sovutish suvi va vertikal konvektsiya jarayonining tabiatiga ta'sir qiladi - zichlikdagi farqlar tufayli aralashtirish. Havo bilan issiqlik almashinuvi natijasida suvning sovishi suv zichligi oshishiga va shunga mos ravishda yanada zichroq suvning pasayishiga olib keladi. Uning o'rnida issiqroq va kamroq zich suvlar ko'tariladi. Vertikal zichlikdagi konvektsiya jarayoni sodir bo'ladi. Biroq, sho'rligi 24,7 ‰ dan kam bo'lgan chuchuk va sho'r suvlar uchun bunday jarayon faqat suv eng yuqori zichlikdagi haroratga yetguncha davom etadi (1.4-rasmga qarang). Suvning keyingi sovishi uning zichligining pasayishiga olib keladi va vertikal konvektsiya to'xtaydi. S>24,7‰ bo'lgan sho'r suvlar muzlash momentiga qadar vertikal konvektsiyaga duchor bo'ladi.
Shunday qilib, qishda chuchuk yoki sho'r suvlarda, pastki suv harorati sirtga qaraganda yuqori bo'ladi va Helland-Hansen uchastkasiga ko'ra, u har doim muzlash haroratidan yuqori bo'ladi. Bu holat chuqurlikdagi suv havzalarida hayotni saqlab qolish uchun katta ahamiyatga ega. Agar eng yuqori zichlikdagi suv harorati va muzlash boshqa barcha suyuqliklar kabi bir-biriga to'g'ri kelsa, suv omborlari tubiga qadar muzlab, ko'pchilik organizmlarning muqarrar o'limiga olib kelishi mumkin.
Haroratning o'zgarishi bilan suv zichligining "anomal" o'zgarishi suv hajmining bir xil "anomal" o'zgarishiga olib keladi: harorat 0 dan 4 ° C gacha ko'tarilishi bilan kimyoviy toza suv hajmi kamayadi va faqat. haroratning yanada oshishi bilan u kuchayadi; muzning hajmi har doim bir xil suv massasi hajmidan sezilarli darajada kattaroqdir (suv muzlaganda quvurlar qanday yorilib ketganini eslang).
Suv haroratining o'zgarishi bilan uning hajmining o'zgarishi formula bilan ifodalanishi mumkin
V T1 = V T2 (1 + bDT)
Bu erda V T1 - T1 haroratidagi suv hajmi, V T2 - T2dagi suv hajmi, b - 0 dan 4 ° C gacha bo'lgan haroratlarda salbiy qiymatlarni va ijobiy qiymatlarni qabul qiladigan hajmli kengayish koeffitsienti 4 ° C dan yuqori va 0 ° C dan past suv haroratida ( muz) (1.1-jadvalga qarang),
Bosim ham suvning zichligiga ma'lum darajada ta'sir qiladi. Suvning siqilishi juda kichik, ammo okeandagi katta chuqurlikda u hali ham suvning zichligiga ta'sir qiladi. Har 1000 m chuqurlik uchun suv ustunining bosimi ta'siridan kelib chiqadigan zichlik 4,5-4,9 kg / m 3 ga oshadi. Shuning uchun okeanning maksimal chuqurligida (taxminan 11 km) suv zichligi sirtga qaraganda taxminan 48 kg / m 3 yuqori bo'ladi va S = 35‰ da taxminan 1076 kg / m 3 bo'ladi. Agar suv butunlay siqilmaydigan bo'lsa edi, Jahon okeanining sathi haqiqatdagidan 30 m balandroq bo'lar edi. Suvning past siqilishi tabiiy suvlar harakatining gidrodinamik tahlilini sezilarli darajada soddalashtirishga imkon beradi.
Kichik to'xtatilgan cho'kindilarning suvning fizik xususiyatlariga va xususan, uning zichligiga ta'siri hali etarlicha o'rganilmagan. Faqat juda kichik suspenziyalar suvning zichligiga o'ta yuqori konsentratsiyada, suv va cho'kindilarni alohida-alohida ko'rib chiqish mumkin bo'lmaganda ta'sir qilishi mumkin, deb ishoniladi. Shunday qilib, faqat 20-30% suvni o'z ichiga olgan ba'zi sel oqimlari, asosan, zichligi oshgan loy eritmasi hisoblanadi. Yupqa cho'kindilarning zichlikka ta'sirining yana bir misoli - Sariq dengiz ko'rfaziga oqib tushadigan Xuan Xe suvlari. Nozik cho'kindilarning juda yuqori miqdori (220 kg / m 3 gacha) bo'lgan daryoning loyqa suvlari dengiz suvlariga qaraganda 2-2,5 kg / m 3 ko'proq zichlikka ega (haqiqiy sho'rlanish va haroratda ularning zichligi taxminan 1018 kg / m ni tashkil qiladi). 3). Shuning uchun ular chuqurlikka "sho'ng'ishadi" va dengiz tubi bo'ylab pastga tushib, "zich" yoki "loyqa" oqim hosil qiladilar.
Va bu erda siz allaqachon ikkinchi toifaga o'tishingiz mumkin. so'z ostida "muz" biz suvning qattiq faza holatini tushunishga odatlanganmiz. Ammo bundan tashqari, boshqa moddalar ham muzlashadi. Shunday qilib, muzni asl moddaning kimyoviy tarkibi, masalan, karbonat angidrid, ammiak, metan muzi va boshqalar bilan ajratish mumkin.
Uchinchidan, suv muzining kristall panjaralari (modifikatsiyalari) mavjud bo'lib, ularning shakllanishi termodinamik omilga bog'liq. Bu haqda biz ushbu postda bir oz gaplashamiz.
"Muz" maqolasida biz suvning agregat holatining o'zgarishi bilan tuzilishi qanday qayta tuzilganligi haqida to'xtalib o'tdik va oddiy muzning kristalli tuzilishiga to'xtaldik. Suv molekulasining ichki tuzilishi va barcha molekulalarni tartibli tizimga bog'laydigan vodorod aloqalari tufayli muzning olti burchakli (olti burchakli) kristall panjarasi hosil bo'ladi. Bir-biriga eng yaqin molekulalar (bitta markaziy va to'rtta burchak) olti burchakli kristall modifikatsiyasining asosi bo'lgan uchburchak piramida yoki tetraedr shaklida joylashgan. kasal.1).
Aytmoqchi, moddaning eng kichik zarralari orasidagi masofa nanometr (nm) yoki angstromlar (19-asr shved fizigi Anders Jonas Angström nomi bilan atalgan; Å belgisi bilan belgilanadi) bilan oʻlchanadi. 1 Å = 0,1 nm = 10−10 m.
Oddiy muzning bunday olti burchakli tuzilishi uning butun hajmiga tarqaladi. Buni yalang'och ko'z bilan aniq ko'rishingiz mumkin: qishda, qor yog'ishi paytida kiyimning yengida yoki qo'lqopda qor parchasini ushlang va uning shakliga diqqat bilan qarang - u olti nurli yoki olti burchakli. Bu har bir qor parchasi uchun odatiy holdir, lekin shu bilan birga, hech bir qor parchasi boshqasini takrorlamaydi (bu haqda bizning maqolamizda). Va hatto tashqi shakli bilan katta muz kristallari ham ichki molekulyar tuzilishga mos keladi ( kasal.2).
Biz allaqachon moddaning, xususan, suvning bir holatdan ikkinchi holatga o'tishi ma'lum sharoitlarda amalga oshirilishini aytdik. Odatiy muz 0 ° C va undan past haroratlarda va 1 atmosfera bosimida (normal qiymat) hosil bo'ladi. Shunday qilib, muzning boshqa modifikatsiyalari paydo bo'lishi uchun ushbu qiymatlarni o'zgartirish talab qilinadi va ko'p hollarda vodorod aloqalarining burchagi o'zgarib turadigan va butun kristall panjara qayta tiklanadigan past haroratlar va yuqori bosimning mavjudligi. .
Muzning har bir modifikatsiyasi ma'lum bir singoniyaga - elementar hujayralar bir xil simmetriya va koordinata tizimiga (XYZ o'qlari) ega bo'lgan kristallar guruhiga tegishli. Hammasi bo'lib ettita singoniya ajralib turadi. Ularning har birining xususiyatlari ko'rsatilgan rasmlar 3-4. Va quyida kristallarning asosiy shakllarining tasviri ( kasal.5)
Muzning oddiy muzdan farq qiladigan barcha modifikatsiyalari laboratoriya sharoitida olingan. Muzning birinchi polimorf tuzilmalari 20-asr boshlarida olimlarning sa'y-harakatlari bilan ma'lum bo'ldi. Gustav Geynrix Tammann Va Persi Bridgman (Persi Uilyams Bridgman). Bridgman tomonidan tuzilgan modifikatsiya diagrammasi vaqti-vaqti bilan to'ldirilib turildi. Ilgari olinganlardan yangi o'zgartirishlar aniqlandi. Bizning davrimizda diagrammaga so'nggi o'zgartirishlar kiritildi. Hozirgacha muzning o'n oltita kristalli turi olingan. Har bir turning o'z nomi bor va rim raqami bilan ko'rsatilgan.
Siz, aziz o'quvchilar, sizni zeriktirmaslik uchun biz har bir molekulyar suv muzining jismoniy xususiyatlarini chuqur o'rganmaymiz, ilmiy tafsilotlar bilan biz faqat asosiy parametrlarni qayd etamiz.
Oddiy muz muz Ih deb ataladi ("h" prefiksi olti burchakli singoniyani anglatadi). Yoniq rasmlar 7 uning kristall tuzilishi shakl bo'yicha bir-biridan farq qiluvchi olti burchakli bog'lanishlardan (geksamerlardan) iborat bo'lib, taqdim etilgan. quyosh kreslosi(inglizcha) stul shakli), boshqasi shaklida qal'alar (qayiq shakli). Ushbu hexamerlar uch o'lchamli qismni tashkil qiladi - ikkita "chaise zallari" gorizontal ravishda yuqorida va pastda va uchta "rooks" vertikal ravishda joylashgan.
Fazoviy diagramma muzli vodorod aloqalarining joylashish tartibini ko'rsatadi Ih, lekin aslida ulanishlar tasodifiy ravishda qurilgan. Biroq, olimlar olti burchakli muz yuzasida vodorod aloqalari strukturaning ichidan ko'ra ko'proq tartiblanganligini istisno qilmaydi.
Olti burchakli muzning elementar xujayrasi (ya'ni kristalning minimal hajmi, uning takroriy takrorlanishi uch o'lchamda butun kristall panjarani hosil qiladi) 4 ta suv molekulasini o'z ichiga oladi. Hujayra o'lchamlari 4,51Å har ikki tomonda a,b Va 7,35Å c tomonida (yon yoki diagrammalarda c o'qi vertikal yo'nalishga ega). Ko'rinib turganidek, tomonlar orasidagi burchaklar 4-rasm: a=b = 90°, g = 120°. Qo'shni molekulalar orasidagi masofa 2,76Å.
Olti burchakli muz kristallari olti burchakli plitalar va ustunlar hosil qiladi; ulardagi yuqori va pastki yuzlar tayanch tekisliklar bo'lib, oltita bir xil yon yuzlar prizmatik deb ataladi ( kasal.10).
Uning kristallanishini boshlash uchun zarur bo'lgan minimal suv molekulalari soni taxminan 275 (±25). Ko'p darajada muzning hosil bo'lishi suv massasining ichida emas, balki havoga ulashgan yuzasida sodir bo'ladi. qo'pol muz kristallari Ih c o'qi yo'nalishi bo'yicha sekin shakllanadi, masalan, turg'un suvda ular lamellardan vertikal ravishda pastga o'sadi yoki yon tomonga o'sishi qiyin bo'lgan sharoitlarda. Turbulent suvda yoki uning tez muzlashi paytida hosil bo'lgan nozik taneli muz prizmatik yuzlardan yo'naltirilgan tez o'sishga ega. Atrofdagi suvning harorati muz kristalli panjarasining dallanish darajasini belgilaydi.
Suvda erigan moddalarning zarralari, geliy va vodorod atomlari bundan mustasno, ularning o'lchamlari ularni strukturaning bo'shliqlariga joylashtirishga imkon beradi, normal atmosfera bosimida kristall panjarasidan tashqariga chiqariladi, kristall yuzasiga yoki , amorf xilma-xillikda bo'lgani kabi (bu haqda keyinroq maqolada) mikrokristallar orasidagi qatlamlarni hosil qiladi. Suvni gazlar (degazatsiya) kabi aralashmalardan tozalash uchun ketma-ket muzlash-eritish davrlaridan foydalanish mumkin.
Muz bilan birga Ih muz ham bor tushunarli (kub tizimi), ammo tabiatda bunday muzning paydo bo'lishi vaqti-vaqti bilan faqat atmosferaning yuqori qatlamlarida mumkin. Sun'iy muz tushunarli suvni bir zumda muzlatish orqali olinadi, buning uchun bug 'minusdan sovutilganda kondensatsiyalanadi. 80 minusga 110°C normal atmosfera bosimida metall yuzasi. Tajriba natijasida sirtga kub shaklida yoki oktaedr shaklidagi kristallar tushadi. Haroratni pasaytirish orqali oddiy olti burchakli muzdan birinchi modifikatsiyadagi kub muzni yaratish ishlamaydi, ammo muz qizdirilganda kubdan olti burchakli muzga o'tish mumkin. tushunarli minusdan yuqori 80°C.
Muzning molekulyar tuzilishida tushunarli vodorod bog'lanish burchagi oddiy muz bilan bir xil Ih - 109,5 °. Ammo muz panjarasidagi molekulalar tomonidan hosil qilingan olti burchakli halqa tushunarli faqat quyosh kreslosi shaklida mavjud.
Muzning zichligi Ic 1 atm bosimda 0,92 g/sm³ ni tashkil qiladi. Kubik kristalldagi birlik hujayra 8 ta molekula va o'lchamga ega: a=b=c = 6,35 Å, burchaklari a=b=g = 90°.
Eslatmada. Hurmatli o'quvchilar, ushbu maqolada biz bir yoki boshqa turdagi muz uchun harorat va bosim ko'rsatkichlariga qayta-qayta duch kelamiz. Va agar Tselsiy bo'yicha ifodalangan harorat qiymatlari hamma uchun tushunarli bo'lsa, unda bosim qiymatlarini idrok etish kimdir uchun qiyin bo'lishi mumkin. Fizikada uni o'lchash uchun turli birliklar qo'llaniladi, ammo bizning maqolamizda biz qiymatlarni yaxlitlash orqali atmosferalarda (atm) belgilaymiz. Oddiy atmosfera bosimi 1 atmni tashkil qiladi, bu 760 mmHg ga teng yoki 1 bardan biroz ko'proq yoki 0,1 MPa (megapaskal).
Siz tushunganingizdek, xususan, muz bilan misoldan tushunarli, muzning kristalli modifikatsiyalari mavjudligi termodinamik muvozanat sharoitida mumkin, ya'ni. agar muzning har qanday kristalli turi mavjudligini aniqlaydigan harorat va bosim muvozanati buzilgan bo'lsa, bu turdagi boshqa modifikatsiyaga o'tib, yo'qoladi. Ushbu termodinamik qiymatlarning diapazoni har xil, har bir tur uchun u boshqacha. Keling, boshqa muz turlarini qat'iy nomenklatura tartibida emas, balki ushbu tizimli o'tishlar bilan bog'liq holda ko'rib chiqaylik.
Muz II trigonal singoniyaga tegishli. U olti burchakli tipdan taxminan 3000 atm bosim va minus 75 ° C haroratda yoki boshqa modifikatsiyadan hosil bo'lishi mumkin ( muz V), minus 35 ° S haroratda bosimning keskin pasayishi bilan. Mavjudlik II muz turi minus 170 ° C va 1 dan 50 000 atmgacha (yoki 5 gigapaskal (GPa)) bosim ostida mumkin. Olimlarning fikriga ko'ra, bunday modifikatsiyadagi muz, ehtimol, quyosh tizimining uzoq sayyoralarining muzli sun'iy yo'ldoshlarining bir qismi bo'lishi mumkin. Oddiy atmosfera bosimi va minus 113 ° C dan yuqori haroratlar ushbu turdagi muzning oddiy olti burchakli muzga o'tishi uchun sharoit yaratadi.
Yoniq rasmlar 13 muzning kristall panjarasini ko'rsatadi II. Strukturaning o'ziga xos xususiyati ko'rinadi - molekulyar bog'lanishlar natijasida hosil bo'lgan ichi bo'sh olti burchakli kanallarning bir turi. Elementar katak (rasmda romb bilan ta'kidlangan maydon) bir-biriga nisbatan, nisbatan aytganda, "balandlik bo'ylab" joy almashgan ikkita to'plamdan iborat. Natijada rombedral panjara tizimi hosil bo'ladi. Hujayra o'lchamlari a=b=c = 7,78 Å; a=b=g = 113,1°. Hujayrada 12 ta molekula mavjud. Molekulalar orasidagi bogʻlanish burchagi (O–O–O) 80 dan 120° gacha.
II modifikatsiyasi qizdirilganda siz muz olishingiz mumkin III, va aksincha, muzni sovutish III muzga aylantiradi II. Shuningdek, muz III Suv harorati asta-sekin minus 23 ° C ga tushirilganda, bosimni 3000 atmgacha oshirganda hosil bo'ladi.
Faza diagrammasida ko'rsatilganidek ( kasal. 6), muzning barqaror holati uchun termodinamik shartlar III, shuningdek, boshqa modifikatsiya - muz V, kichik.
Muz III Va V atrofdagi o'zgarishlarga ega to'rtta uch nuqtaga ega (moddaning turli holatlari mavjudligi mumkin bo'lgan termodinamik qiymatlar). Biroq, muz II, III Va V modifikatsiyalar normal atmosfera bosimi va minus 170 ° C harorat sharoitida mavjud bo'lishi mumkin va ularni minus 150 ° C gacha qizdirish muzning shakllanishiga olib keladi. tushunarli.
Hozirgi vaqtda ma'lum bo'lgan boshqa yuqori bosimli modifikatsiyalar bilan solishtirganda, muz III eng past zichlikka ega - 3500 atm bosimda. 1,16 g/sm³ ga teng.
Muz III kristallangan suvning tetragonal xilma-xilligi, ammo muz panjarasining tuzilishi III qoidabuzarliklarga ega. Odatda har bir molekula 4 ta qo'shni bilan o'ralgan bo'lsa, bu holda bu ko'rsatkich 3,2 qiymatiga ega bo'ladi va qo'shimcha ravishda yaqin atrofda vodorod aloqalari bo'lmagan yana 2 yoki 3 molekula bo'lishi mumkin.
Fazoviy qurilishda molekulalar o'ng qo'l spirallarini hosil qiladi.
Minus 23 ° C va taxminan 2800 atm da 12 molekulali birlik hujayra o'lchamlari: a=b = 6,66, c = 6,93 Å; a=b=g=90°. Vodorod aloqalarining burchagi 87 dan 141 ° gacha.
Yoniq rasmlar 15 muzning molekulyar tuzilishining fazoviy sxemasi shartli ravishda keltirilgan III. Tomoshabinga yaqinroq joylashgan molekulalar (ko'k nuqta) kattaroq ko'rsatilgan va vodorod aloqalari (qizil chiziqlar) mos ravishda qalinroq.
Va endi, ular aytganidek, issiq ta'qibda, muzdan keyin kelayotganlarni darhol "sakrab o'taylik" III nomenklatura tartibida, kristalli modifikatsiyalar va muz haqida bir necha so'z aytaylik IX.
Ushbu turdagi muz, aslida, o'zgartirilgan muzdir. III, muzga aylanmasligi uchun minus 65 dan minus 108 ° C gacha tez chuqur sovutishga duchor bo'ladi. II. Muz IX 133 ° C dan past haroratlarda va 2000 dan 4000 atmgacha bo'lgan bosimlarda barqaror bo'lib qoladi. Uning zichligi va tuzilishi bir xil III aql, lekin muzdan farqli o'laroq III muz tuzilishida IX protonlarning joylashishida tartib bor.
Muzni isitish IX uni asl holiga qaytarmaydi III modifikatsiyalar, lekin muzga aylanadi II. Hujayra o'lchamlari: a=b = 6,69, minus 108 ° C va 2800 atm da c = 6,71 Å.
Aytmoqchi, fantast yozuvchi Kurt Vonnegutning romani (Kurt Vonnegut) 1963 yil "Mushukning beshigi" muz-to'qqiz deb nomlangan modda atrofida qurilgan bo'lib, u sun'iy yo'l bilan olingan material sifatida tasvirlangan va hayot uchun katta xavf tug'diradi, chunki suv bilan aloqa qilganda kristallanadi. u muz-to'qqizga aylanadi. Ushbu moddaning ozgina miqdori ham jahon okeaniga qaraydigan tabiiy suv zonasiga tushishi sayyoradagi barcha suvlarni muzlatish xavfini tug'diradi, bu esa o'z navbatida butun hayotning o'limini anglatadi. Oxir-oqibat, hammasi shunday bo'ladi.
Muz IV kristall panjaraning metastabil (zaif barqaror) trigonal shakllanishidir. Uning mavjudligi muzning fazaviy fazosida mumkin III, V Va VI modifikatsiyalari. muz oling IV yuqori zichlikdagi amorf muzdan, 8000 atm doimiy bosimda minus 130 ° C dan boshlab asta-sekin qizdirilishi mumkin.
Elementar rombedral hujayraning oʻlchami 7,60 Å, burchaklari a=b=g = 70,1°. Hujayra 16 ta molekuladan iborat; molekulalar orasidagi vodorod aloqalari assimetrikdir. 1 atm bosim va minus 163 ° S haroratda IV muzning zichligi 1,27 g / sm³ ni tashkil qiladi. O–O–O bogʻlanish burchagi: 88–128°.
Xuddi shunday IV hosil bo'lgan muz turi va muz XII- yuqori zichlikdagi amorf modifikatsiyani (quyida batafsilroq) minus 196 dan minus 90 ° C gacha 8000 atm bir xil bosimda, lekin yuqori tezlikda isitish orqali.
Muz XII faza hududida ham metastabil V Va VI kristalli turlari. Bu tetragonal singoniyaning bir turi.
Birlik xujayrasi 12 ta molekuladan iborat bo'lib, ular 84-135 ° burchakli vodorod aloqalari tufayli kristall panjarada joylashgan bo'lib, ikki tomonlama o'ng qo'l spiralni hosil qiladi. Hujayra o'lchamlariga ega: a=b = 8,27, c = 4,02 Å; burchaklar a=b=g = 90º. XII muzning zichligi normal atmosfera bosimida va minus 146 ° S haroratda 1,30 g / sm³ ni tashkil qiladi. Vodorod bog'lanish burchaklari: 67-132 °.
Bugungi kunga qadar kashf etilgan suv muzining modifikatsiyalari ichida muz eng murakkab kristall tuzilishga ega. V. 28 molekula uning birlik hujayrasini tashkil qiladi; vodorod aloqalari boshqa molekulyar birikmalardagi bo'shliqlar orqali o'tadi va ba'zi molekulalar faqat ma'lum birikmalar bilan bog'lanish hosil qiladi. Qo'shni molekulalar orasidagi vodorod aloqalarining burchagi juda katta farq qiladi - 86 dan 132 ° gacha, shuning uchun muzning kristall panjarasida. V kuchli keskinlik va energiyaning katta ta'minoti mavjud.
Oddiy atmosfera bosimi va minus 175°S harorat sharoitida hujayra parametrlari: a= 9,22, b= 7,54, c= 10,35 Å; a=b = 90°, g = 109,2°.
Muz V- Bu taxminan 5000 atm bosimda suvni minus 20 ° C gacha sovutish natijasida hosil bo'lgan monoklinik nav. 3500 atm bosimni hisobga olgan holda kristall panjaraning zichligi 1,24 g/sm³ ni tashkil qiladi.
Muzning kristall panjarasining fazoviy diagrammasi V ko'rsatilgan turi rasmlar 18. Kristalning elementar xujayrasi hududi kulrang kontur bilan belgilangan.
Muz tuzilishida protonlarning tartibli joylashishi V uni muz deb ataladigan boshqa turdagi qiladi XIII. Ushbu monoklinik modifikatsiyani 5000 atm bosim hosil qilib, fazaviy o'tishni osonlashtirish uchun xlorid kislotasi (HCl) qo'shilishi bilan minus 143 ° C dan past suvni sovutish orqali olish mumkin. dan teskari o'tish XIII k turi V turi minus 193°S dan minus 153°S gacha bo'lgan harorat oralig'ida mumkin.
Muzning birlik hujayra o'lchamlari XIII dan biroz farq qiladi V modifikatsiyalari: a= 9,24, b= 7,47, c= 10,30 Å; a=b = 90°, g= 109,7° (1 atm, minus 193°C). Hujayradagi molekulalar soni bir xil - 28. Vodorod bog'lanish burchagi: 82–135°.
Maqolamizning keyingi qismida biz suv muzining modifikatsiyalarini ko'rib chiqishni davom ettiramiz.
Blog sahifalarimizda ko'rishguncha!
SUV VA SUV BUG’INING TERMODINAMIK XUSUSIYATLARI
"Suv" atamasi bilan biz H 2 O ni uning istalgan faza holatida tushunamiz.
Tabiatda suv mumkin uchta holatda: tv.(muz, qor), w. (suv), g.(bug ).
Energiyasiz suvni ko'rib chiqing. atrof-muhit bilan o'zaro ta'sir. qarang, ya'ni. muvozanat holatida.
Bug 'har doim muz yoki suyuqlik yuzasida mavjud. Aloqa fazalari t / d muvozanatida: tez molekulalar suyuqlik fazasidan uchib, sirt kuchlarini engib, sekin molekulalar bug 'fazasidan suyuq fazaga o'tadi. bosqichi.
Muvozanat holatida har bir T ma'lum bir bug 'bosimiga to'g'ri keladi - umumiy (agar suyuqlik ustida faqat bug' mavjud bo'lsa) yoki qisman (agar bug'ning havo yoki boshqa gazlar bilan aralashmasi bo'lsa).
bilan muvozanatda bug' u hosil bo'lgan faza to'yingan va mos keladigan T - to'yinganlik T va bosim–p to'yinganligi.
Suvning muvozanatsiz holatlari:
a) suyuqlik ustidagi bug 'bosimi to'yinganlik bosimidan pastga tushsin. Bunday holda, muvozanat buziladi, eng tezkor molekulalar tufayli moddaning suyuq fazadan gazsimon fazaga kompensatsiyalanmagan o'tishi interfeys orqali sodir bo'ladi.
Quduqdan materiyaning kompensatsiyasiz o'tish jarayoni. bosqichlari - bug'lanish.
Moddaning qattiq fazadan gaz fazasiga kompensatsiyasiz o'tish jarayoni deyiladi sublimatsiya yoki sublimatsiya .
Bug'lanish yoki sublimatsiyaning intensivligi hosil bo'lgan bug'ni intensiv ravishda olib tashlash bilan ortadi. Bunda suyuqlik fazasining harorati undan eng yuqori energiyaga ega bo'lgan molekulalarning chiqib ketishi tufayli pasayadi. Bunga bosimni pasaytirmasdan, shunchaki havo oqimini puflash orqali erishish mumkin.
b) Ochiq idishdagi suyuqlikka issiqlik ta'minoti bo'lsin. Bunda suyuqlik ustidagi T va shunga mos ravishda p toʻyingan bugʻ oʻsadi va umumiy tashqi bosimga yeta oladi (P = P n) P = P n boʻlgan holatda, qizdirish yuzasida suyuqlikning T. Bu erda ustun bo'lgan bosimda to'yingan bug'ning T dan yuqoriga ko'tariladi. suyuqlikning qalinligida bug' hosil bo'lishi uchun sharoitlar yaratiladi.
Moddaning suyuqlik fazasidan to'g'ridan-to'g'ri suyuqlik ichidagi bug 'fazasiga o'tish jarayoni deyiladi qaynash.
Suyuqlikning asosiy qismidagi bug 'pufakchalarining yadrolanish jarayoni murakkab. Suv qaynashi uchun issiqlik ta'minoti yuzasida bug'lanish markazlari bo'lishi kerak - depressiyalar, o'simtalar, tartibsizliklar va boshqalar. Isitish yuzasida, qaynash paytida, bu erda ustun bo'lgan bosimdagi suv va to'yingan bug'ning T farqi issiqlik ta'minoti intensivligiga bog'liq va o'nlab darajaga yetishi mumkin.
Suyuqlikning sirt taranglik kuchlarining ta'siri uning ustidagi to'yingan bug'ning haroratiga nisbatan 0,3-1,5 ° S ga qaynatilganda suyuqlikning interfeysdagi haddan tashqari qizib ketishiga olib keladi.
Moddaning suyuq fazadan bug'ga o'tish jarayoni - bug'lanish.
Bug'lanishga qarama-qarshi jarayon, ya'ni. moddaning bug 'fazasidan suyuqlikka kompensatsiyasiz o'tishi - kondensatsiya.
Doimiy bug 'bosimida doimiy haroratda kondensatsiya (qaynoq kabi) paydo bo'ladi va tizimdan issiqlikni olib tashlash natijasidir.
Sublimatsiyaga qarama-qarshi jarayon, ya'ni. moddaning bug 'fazasidan to'g'ridan-to'g'ri qattiq holatga o'tishi - desublimatsiya.
Suvning qaynash nuqtasidagi suyuq fazasi deyiladi suyuqlik bilan to'yingan .
Uning qaynash (to'yinganlik) haroratidagi bug' deyiladi quruq to'yingan bug ' .
Ikki fazali "l + p" aralashmasi to'yingan holatda - nam to'yingan bug '.
T/d da bu atama toʻyingan bugʻ suyuqlik sathidan yuqori boʻlishi mumkin boʻlgan yoki undagi muallaq suyuqlik tomchilari bilan bugʻ aralashmasini ifodalashi mumkin boʻlgan ikki fazali tizimlarga taalluqlidir.Hoʻl toʻyingan bugʻni tavsiflash uchun, tushuncha quruqlik darajasi X, bu quruq to'yingan bug' massasining nisbati,m s.n.p., aralashmaning umumiy og'irligiga,m sm = m s.s.p. + m f.s.n., uni suyuqlik bilan to'yingan holatda:
To'yingan holatdagi suvning suyuq fazasi massasining aralashmaning massasiga nisbati namlik darajasi deb ataladi (1-x):
Doimiy pda nam to'yingan bug'ga issiqlik etkazib berish x ga o'tishga olib keladi. p dagi aralashmaning fazasi Bunday holda, T aralashmasi (to'yinganlik) bo'lishi mumkin emas barcha suyuqlik bug'ga aylantirilgunga qadar ko'tariladi. To'yingan holatda faqat bug 'fazasiga keyingi issiqlik ta'minoti T bug'ining ko'payishiga olib keladi.
Berilgan bosimdagi to'yingan haroratdan yuqori bug' deyiladi o'ta qizdirilgan bug '. Haddan tashqari qizib ketgan bug 'harorati farqi t va bir xil bosimdagi to'yingan bug' t n chaqirdi bug'ning qizib ketish darajasi Dt p \u003d t -t n.
Bug'ning qizib ketish darajasining oshishi bilan uning hajmi oshadi, molekulalarning kontsentratsiyasi pasayadi, xususiyatlari bo'yicha u gazlarga yaqinlashadi.
6.2. Fazali diagrammalar P, t-, P, v- va T, H 2 O uchun s
H 2 O holatini o'zgartirishning turli xil t / d jarayonlarini tahlil qilish uchun fazali diagrammalar keng qo'llaniladi.
Holat diagrammasi (yoki faza diagrammasi) tizimning holatini tavsiflovchi kattaliklar va tizimdagi fazaviy o'zgarishlar (qattiq holatdan suyuqlikka, suyuqlikdan gaz holatiga o'tish va boshqalar) o'rtasidagi bog'liqlikning grafik tasviridir.
Guruch. 72. Muzning tuzilishi sxemasi.
Guruch. 73. Past bosim mintaqasidagi suv holati diagrammasi.
Guruch. 74. Suv bug'i bilan muvozanatda bo'lgan suv bilan silindr.
Davlat diagrammalari kimyoda keng qo'llaniladi. Bir komponentli tizimlar uchun odatda fazaviy o'zgarishlarning harorat va bosimga bog'liqligini ko'rsatadigan holat diagrammasi qo'llaniladi; ular P-T holat diagrammalari deb ataladi.
Shaklda. 73 sxematik ko'rinishda (qat'iy masshtabda emas) suv holatining diagrammasini ko'rsatadi. Diagrammadagi har qanday nuqta harorat va bosimning ma'lum qiymatlariga mos keladi.
Diagrammada ma'lum harorat va bosimlarda termodinamik barqaror bo'lgan suvning holati ko'rsatilgan. U barcha mumkin bo'lgan harorat va bosimlarni muz, suyuqlik va bug'ga mos keladigan uchta hududga ajratuvchi uchta egri chiziqdan iborat.
Keling, har bir egri chiziqni batafsil ko'rib chiqaylik. Bug 'hududini suyuqlik holatidan ajratib turadigan OA egri chizig'idan boshlaylik (73-rasm). Tsilindrni tasavvur qiling, undan havo chiqariladi, shundan so'ng unga ma'lum miqdorda toza, erigan moddalar, shu jumladan gazlar, suv kiritiladi; silindr ma'lum bir holatda mahkamlangan piston bilan jihozlangan (74-rasm). Biroz vaqt o'tgach, suvning bir qismi bug'lanadi va to'yingan bug' uning yuzasidan yuqorida bo'ladi. Siz uning bosimini o'lchashingiz va vaqt o'tishi bilan o'zgarmasligiga va pistonning holatiga bog'liq emasligiga ishonch hosil qilishingiz mumkin. Agar siz butun tizimning haroratini oshirsangiz va to'yingan bug 'bosimini yana o'lchasangiz, u ko'tarilganligi ma'lum bo'ladi. Turli haroratlarda bunday o'lchovlarni takrorlash orqali biz to'yingan suv bug'ining bosimining haroratga bog'liqligini topamiz. OA egri chizig'i bu bog'liqlikning grafigi: egri chiziqning nuqtalari suyuq suv va suv bug'lari bir-biri bilan muvozanatda bo'lgan harorat va bosim juftlarini ko'rsatadi - ular birgalikda mavjud. OA egri chizig'i suyuqlik-bug' muvozanatining egri chizig'i yoki qaynash egri chizig'i deb ataladi. Jadvalda. 8 (202-bet) bir necha haroratlarda to'yingan bug' bosimini ko'rsatadi.
Keling, silindrda muvozanatdan farqli bosimni, masalan, muvozanatdan kamroq bosimni amalga oshirishga harakat qilaylik. Buning uchun pistonni bo'shating va uni ko'taring. Birinchi daqiqada silindrdagi bosim haqiqatan ham pasayadi, lekin tez orada muvozanat tiklanadi: qo'shimcha miqdorda suv bug'lanadi va bosim yana muvozanat qiymatiga etadi. Faqatgina barcha suv bug'langanda, muvozanatdan kamroq bosim paydo bo'lishi mumkin. Bundan kelib chiqadiki, bug 'hududi OA egri chizig'ining ostidagi yoki o'ng tomonidagi fazalar diagrammasida yotgan nuqtalarga to'g'ri keladi.
Jadval 8. Turli haroratlarda to'yingan suv bug'ining bosimi
Agar siz muvozanatdan oshib ketadigan bosim hosil qilmoqchi bo'lsangiz, bunga faqat pistonni suv yuzasiga tushirish orqali erishish mumkin. Boshqacha qilib aytganda, diagrammaning OA egri chizig'ining tepasida yoki chap tomonida joylashgan nuqtalari suyuqlik holati mintaqasiga to'g'ri keladi.
Suyuqlik va bug 'holatining hududlari qancha vaqtgacha chapga cho'ziladi? Keling, ikkala sohada bitta nuqtani belgilaymiz va biz ulardan gorizontal ravishda chapga o'tamiz. Diagrammadagi nuqtalarning bu harakati suyuqlik yoki bug'ning doimiy bosimda sovishiga to'g'ri keladi. Ma'lumki, agar siz suvni normal atmosfera bosimida sovutsangiz, u kelganda suv muzlay boshlaydi. Boshqa bosimlarda ham shunga o'xshash tajribalarni o'tkazib, biz suyuq suv hududini muz hududidan ajratib turuvchi OS egri chizig'iga kelamiz. Ushbu egri chiziq - qattiq-suyuqlik muvozanati egri chizig'i yoki erish egri - muz va suyuq suv muvozanatda bo'lgan harorat va bosim juftliklarini ko'rsatadi.
Bug 'hududida (diagrammaning pastki qismida) gorizontal ravishda chapga harakatlansak, biz xuddi shunday OB egri chizig'iga kelamiz. Bu qattiq holatning muvozanat egri chizig'i - bug 'yoki sublimatsiya egri chizig'i. Bu muz va suv bug'lari muvozanatda bo'lgan harorat va bosim juftliklariga mos keladi.
Barcha uchta egri chiziq O nuqtada kesishadi. Bu nuqtaning koordinatalari harorat va bosimning yagona juftligi bo'lib, unda barcha uch faza muvozanatda bo'lishi mumkin: muz, suyuq suv va bug '. Bu uch nuqta deb ataladi.
Erish egri chizig'i juda yuqori bosimgacha tekshirildi. Ushbu hududda muzning bir nechta modifikatsiyalari topilgan (diagrammada ko'rsatilmagan).
O'ng tomonda, qaynoq egri kritik nuqtada tugaydi. Bu nuqtaga to'g'ri keladigan haroratda - kritik haroratda - suyuqlik va bug'ning fizik xususiyatlarini tavsiflovchi miqdorlar bir xil bo'ladi, shuning uchun suyuqlik va bug' holati o'rtasidagi farq yo'qoladi.
Kritik haroratning mavjudligi 1860 yilda D. I. Mendeleyev tomonidan suyuqliklarning xossalarini o'rgangan holda o'rnatildi. U kritik haroratdan yuqori haroratlarda modda suyuq holatda bo'lolmasligini ko'rsatdi. 1869 yilda Endryu gazlarning xususiyatlarini o'rganib, xuddi shunday xulosaga keldi.
Turli moddalar uchun kritik harorat va bosim har xil. Demak, vodorod uchun , , xlor uchun, , suv uchun, .
Suvni boshqa moddalardan ajratib turadigan xususiyatlaridan biri bosim ortishi bilan muzning erish nuqtasining pasayishi hisoblanadi (70-§ ga qarang). Ushbu holat diagrammada aks ettirilgan. Suvning holat diagrammasidagi OC erish egri chizig'i chapga, deyarli barcha boshqa moddalar uchun esa o'ngga ko'tariladi.
Atmosfera bosimida suv bilan sodir bo'ladigan o'zgarishlar diagrammada ga mos keladigan gorizontalda joylashgan nuqtalar yoki segmentlar bo'yicha aks ettirilgan. Shunday qilib, muzning erishi yoki suvning kristallanishi D nuqtaga (73-rasm), suvning qaynashi E nuqtaga, suvning qizishi yoki sovishi DE segmentiga to'g'ri keladi va hokazo.
Ilmiy yoki amaliy ahamiyatga ega bo'lgan bir qator moddalar uchun holat diagrammalari o'rganilgan. Aslida, ular suv holatining ko'rib chiqilgan diagrammasiga o'xshaydi. Shu bilan birga, turli moddalarning holat diagrammalari o'ziga xos xususiyatlarga ega bo'lishi mumkin. Shunday qilib, moddalar ma'lum bo'lib, ularning uchlik nuqtasi atmosfera bosimidan yuqori bosim ostida joylashgan. Bunday holda, kristallarni atmosfera bosimida isitish bu moddaning erishiga emas, balki uning sublimatsiyasiga olib keladi - qattiq fazaning to'g'ridan-to'g'ri gazsimon holatga aylanishi,
