nekrasovI (1114433), страница 44
Текст из файла (страница 44)
. равновесие вода ~е . пар » АГ . . » лел е~ вола » АБ .. » лед ~е ыар Все три линии сходятся в точке А. При отвечающих ей температуре (+0,01'С) и давлении (4,6 мм рг, сг.) в устойчивом равновесии могут, следовательно, сколь угодно долго находиться все три фазы. Поэтому зта точка называется т р о й н о й.м Положение тройной точки на диаграмме состояния определяет типичный для данного вещества характер изменения агрегатных состояний при обычных условиях давления. Если точка эта лежит ниже 760 мм рг.
сг., то последовательное нагревание твердого вещества переводит его сперва в жидкость и лишь затем в гаэ (пар); Напротив, если тройная точка лежит выше 760 мм рг. сг., то рассматриваемое вещество переходит из твердого состояния прямо в газообразное, т.е. при нагревании воз гоняется. Из изложенного следует, что для получения возгоняющегося вещества в жидком состоянии нужно производить его нагревание под достаточно высоким давлением.м м Диаграмма состояния может быть построена для любого вещества (и смеси веществ).
Она очень удобна, так как позволяет сразу определить, при каких условиях будут устойчивы данная фаза или равновесие фаз. Подобные диаграммы находят поэтому широкое практическое применение."-'а С химической точки зрения вода является весьма реакционно- способным веществом. Она соединяется со многими окислами металлов и металлоидов, энергично взаимодействует с наиболее активными л~еталлами и вступает в различные другие реакции самого разнообразного характера. Поэтому с проявлениями химических свойств воды придется в дальнейшем встречаться довольно часто. При образовании рационализированных названий химических соединений (П $ 5) для молекулы НаО применяется термин еакво» или егидрат» (в конце названия). р 3.
Вода Дополнения !) Обычно применяемая в городскоы хозяйстве схема очистки речной волы покаэанг иа рис. (Ч-!4. Первой операцией является добавка к воде небольшого количества сернокислого алюминия, который выделяет объемистый осадок гндроокнси алюминия. захватывающий различные взвешенные в воде частицы и тем способствующий их последующему осаждению в отстойнике. Отстоявшаяся вода фильтруется сквозь толстый слой песка.
затем обеззараживается хлорированием и лишь после этого поступает в водопроводную сеть (для Москвы 4 млн. м' ежедневно). Очищенная эугдтеяящся гяэичэмиглггя Рис. 1Ч-и. Сиена очистки речиов воды. Большие преимушества перед хлорированием во многих отношениях имеет стерн- лизация воды путем ее озон нрав а н и я. Технически этот процесс вполне освоен, но обходится он в несколько раз дороже, что и затрудняет его широкое внедрение.
2) Перегнаиная вода свободна только от нелетучих примесей. От летучих ее стараются освободить, добавляя перед перегонкой вещества, реагирующие с этими примесями и дающие с ними нелетучие продукты реакции. Все же н тогда первые порции перегоняемой воды содержат растворенные газы воздуха. В тех случаях, когда нх присутствие вредит, этн порции не собирают. Как прн самой перегонке в стеклянных сосудак, так и прн хранении в .ннх зги- стнллированная вода загрязняется переходящими в нее из стекла шелочамн.
Громад- ному большинству ее прнмепений зтн растворенные щелочи не врелят, так как со- (+!Н (+1Н (+! (+1 держание нх ничтожно мало. Если требуется еше более высокая чистота, то днстнллнрованную воду получают н сохраняют в сосудах из кварца, олова или серебра. 3) Термическая диссоциация водяного -1 (-1 (-! пара протекает по двух параллельным Рис 1ч-!л тстрээдрическия модель молекулы реакциям: 2НэО+ Пб ккад = 2Нэ+ Оэ и воды. 2НэО+ 135 ккал = Не+ 20Н. Первона-.
чально преобладает первая нз них и лишь прн очень высоких температурах начинает преобладать вторая, Образующиеся в результате протекания этой реакции гидроксяльнже ради- калы ы термически весьма устойчивы. Так, было установлено наличие ик в атмосфере Солнца. В свободном гидроксиде с((НО) = 0,97 А, р 1,66, энергия связи 101 икал!моль, а ее силовая константа й = 7.1. Сродство к электрону газообразног~ радикала ОН равно 41 ккал1моль, а его энергия ионизации — 13,6 зв. 4) Молекула НэО имеет эффективный радиус 1,38 А (нз кристаллической струк- туры льда) н трн момента инерции, равные 1,02; 1,92 и 2,95 !0-чэ г ° см*. Ее общая полярность характеризуется значением р = 1,88, причем структура лнпольного момента не вполне ясна.
Если допустить, что он обусловлен не только полярностью связей Н вЂ” О, но н орбнтамн своболных электронных пар атома кислорода, то молекула воды и гла бы быть изображена схемами рнс. !Ч-!5 (прн равномерном распределении эф- фективных зарядов между вершинами тетраэдра каждан из них должна иметь б .=- ж0,17) 136 ТУ.
Водород. Вода Рвс. 1Ч-!Е. Свеяв всеочввчвв во»ври ых мол«чтя. Н О вЂ” Н" Π— Н Н Возможность такого стяжения согласуется с допущением о наличии значительных эффективных зарядов и у водорода (бн =+0,33), и у кислорода (бо = — 41,66) молекулы воды. Так как при этом первоначальная связь водорода со свопы «собственным» кислородом не теряется. он оказывается одновременно стянутым с двумя кислородами и тем самым связывает обе молекулы воды друг с другом. Подобным же образом, за счет образования водородных связей могут стянуться вместе три, четыре н более молекул воды. По.видимому, в жидкой воде каждая из них сцепляется с другичи, в среднем, двумя водородными связями.
Прочность водородной связи горазло меньше, чем обычных валеитных (знергия ее для воды составляет примерно 5 якая/моль). Поэтому стниувшнеся вместе молекулы могут разойтись, затем вновь стянуться в других комбинацивх и т. д. В результате жидкая вода одновременно с простыми молекулами Н,О всегда содержит н более сложные молекулярные агрегаты (Н»О) . Расчетным путем было показано, что отдель.. ные молекулы (Н»О)в должны присутствовать в водяном паре даже при очень высо. ких температурах.
Имеются указания и иа их наличие в атмосфере. Необходимым условием возникновения водородных связей является достаточная полярность валентиых связей водорода в исходных молекулах. Так ках этому более. всего удовлетворяют связи Н вЂ” Г, Н вЂ” О и Н вЂ” Х, среди содержащнх нх соединеиийобычно и встречаются вещества, для которых характерна ассоциация за счет образов ванна водородных связей. Следует отметить, что последние могут возникать и между. иеодниаковымн молекуламя (например, воды и спирта), В) Для индивидуальной молекулы Н»О было предложено название г и драл ь.
Ре. зультаты попыток опредетения относительного содержания гидролей в воде противоречивы: по одним данным при О, 100 и 250 'С оно составляет соответственно 25, 40 и 907», по другим — менее 1% (при обычной температуре). 9) Причина плотностиой аномалии воды точно ие установлена.
Предполагают, что при 0 'С вода в значительной части состоит из (Н»О)ь а при нагревании ее до +4 'С утроенные молекулы переходят в (НеО)в, что сопровождается увеличением плотности, При дальнейшем нагревании начинают преобладать простые молекулы и Зпергия иоинзацни молекулы Н»О равна 12,6 эв, а ее сродство к электрону оценивается в 21 ккал/моль. Связь Н вЂ” ОН характеризуется силовой константой й=76 н средней энергией 110,5 якая/моль (ср. Ш $5 доп. 12). 6) Определение плотности водяного лара прн температуре кипения воды дает для молекулярного веса значение 18,64, что соответствует наличию в паре около 3,5»(о удвоенных молекул.
Существование в виде подобных мох лекул — (Н»0)в — довольно характерно для воды, раство. + я ч реиной в некоторых органических жндкостях (иапрнмер, + ! + хлороформе). 6) Вообще говоря, причиной ассоциации молекул может быть их высокая полярность. Как видно из рис. 1У-16, обладающие постоянными диполямн молекулы могут за счет взаимного притяжения противоположных полюсов комбинироваться по две, по три и т.
д, Однако действующие при этом силы стяжения невелики, и в случае воды подобная дипольиая ассоциация играет лишь второстепенную роль. 7) Основное значение для ассоциации молекул воды имеет образование так называемых водородных связей. Последние возникают за счет стяжения водорода одной молекулы воды с кислородом др>той по приводимой схеме: !57 р 3. Вода платность постепенно уменьшается.
Аномалию плотности пытаются, следовательно, объяснить на1тбольшей плотностью «днгилрольной» волы. Другое объяснение птотностной аномалии воды допускает существование в ней при низких температурах мельчайших кристаллов льда. Предполагается, что прн 0 'С вода содержит 0,6уо таких кристалликов, а с повышением температуры количество их очень быстро уменьшается. Наконец, третье возможное объяснение плотностной аномалии воды исходит иэ на.тичия некоторой упорядоченности в структуре жидкостей (!П 5 8). Предполагается, что при нагревании от 0 до 4 'С характер этой упорядоченности у воды изменяетсн таким образом, что результатом является более тесное сближение частиц (ср.
доп, 32). 84 ду Уд Уд йу йгС гд ад дд д(7'С Рнс. 1у.1а. Отиоситеиьная вязкость волы. Рис. 1Ч.17. Изменение опн» ситеаьной теоооенкостн волы с температурой. 10) Повышение давления смешает максимальную птотность воды в сторону более низких температур. Так. при 50 агм максимальная плотность наблюдается около 0'С. Выше 2000 пгм аномалия плотности воды исчезает.
11) Как н плотность, теплоемкость воды изменяется с температурой аномально В противоположность обычно наблюдающемуся последовательному увеличению теплоемкости, для воды она сначала падает н лишь затем вновь начинает воз. растать (рис. (Ч.17). Т е и л о и р о в о д н о с т ь воды значительно больше, чем у других жидкостей (кроме металлов), и изменяется тоже аномально: ло 150'С возрастает и лишь затем начинает уменьшаться. Э л е к т р оп р о во дн о от ь воды очень мала, но заметно возрастает при повышении и температуры, н давления. Критическая температура воды равна 374'С, критическое давление 218 атм. 12) Быстро уменьшается при нагревании вязкость воды (рис. (Ч-18).
Поэтому горячие водные растворы фильтруются значительно быстрее холодных. Интересно, что при сравнительно низких температурах (примерно до 20'С) зависимость вязкости воды от давления около 1000 агм проходит через минимум, который при более высоких температурах ие наблюдается. Раство. реииые соли, как правило, повышают вязкость воды. 13) Показатель преломления воды на протяжении видимого спектра почти ие изменяется (1,33 для красных лучей и 1,34 для фиолетовых при ж)'С). С повышением температуры он несколько уменьшается, а с повышением давления возрастает. Инфракрасные лучи поглощаются водой очень сильно, тогда как для ультрафиолетовых оиа довольно прозрачна.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
