Вода и ее применение в современных технологиях (стр. 4 из 7)

При испарении молекулы переходят из жидкости в пар, преодолевая силы молекулярного сцепления в жидкости. Процесс испарения протекает изотермически, т. е. при постоянной температуре. Скорость испарения определяется массой жидкости, испаряющейся за единицу времени с единицы поверхности. Одной из количественных характеристик процесса испарения воды в атмосферу является дефицит влажности, определяемый разностью между предельной упругостью водяного пара для данной температуры и фактической упругостью.

Если воздух в помещении полностью насыщен парами воды или если из наполненного до краев стакана вода не убывает, но и не прибывает, это значит, что испарение отсутствует, т. е. мы имеем состояние динамического равновесия.

До последнего времени считалось, что лед может переходить в пар, минуя жидкую фазу, т. е. Происходит процесс сублимации. Однако последние более детальные исследования показали, что это далеко не так. В действительности поверхность льда покрыта даже при отрицательных температурах переохлажденной квазижидкой пленкой связанной воды. Таким образом, испаряется не лед, а непрерывно пополняющаяся пленочная жидкая вода за счет подплавления льда. Это обстоятельство имеет очень большое народнохозяйственное значение при строительстве самых разнообразных подземных хранилищ в условиях многолетнемерзлых грунтов.

1.8 Твердая вода.

Когда произносят слово «вода», то подразумевают обычно, что речь идет о жидкости. Но вода часто находится в твердом состоянии — в виде льда.

В первой четверти нашего века немецкий химик Г. Тамман и американский физик П. Бриджмен выявили шесть разновидностей льда, различающихся давлениями и температурами (рис. 7):

Лед I- обыкновенный лед, существующий при давлении до 2200 аты, устойчивый в нормальных условиях, при дальнейшем повышении давления (выше 2200 атм) переходит в разновидностьII.

Лед II-с уменьшением объема на 18—20% тонет в воде, его плотность 1,2 г/см³ (при 0°С), очень неустойчив, легко переходит в модификацию III.

Лед III - также тяжелее воды (его плотность больше плотности льда I, из которого непосредственно может быть получена описываемая модификация, на 5%).

Лед IV -легче воды, существует при небольшом давлении и температуре немного ниже О "С, неустойчив и легко переходит в разновидность I.

Лед V — может существовать при давлении от 3,6 до 6,3 кбар, его плотность выше плотности льда III на 5,5 и воды на 6%.

Лед VI -может быть получен непосредственно из воды при температуре 60 °С и давлении 16,5 кбар (при давлении 21 кбар температура этой модификации льда 76 "С), его плотность выше плотности льда V на 4 и воды на 6%.

Эти шесть модификаций льда образуют резко различные полимерные группы. В одну группу могут быть включены льды, которые легче вод (лед I, IV), в другую—более тяжелые (лед III, V и VI). При плавлении льды первой группы сокращаются в объеме, а второй, наоборот, увеличиваются. Различия между модификациями льда обусловлены не химическими свойствами, а молекулярным строением льда.

По-видимому, здесь отчасти кроется причина образования в некоторых случаях так называемого донного льда, о котором подробнее будет идти речь в дальнейшем.

Как правило, различные модификации льда даже при высоких давлениях по плотности близки к плотности обычного льда (различия в плотности обычно не превышают 6%). Однако в астрофизическом центре университета в Толедо (США, штат Огайо) американскими учеными А. Дальсом и А. Венджером была открыта сверхплотная модификация льда при температуре ниже минус 173 °С и давлении (6— 8) -Ю-³ мм рт. ст. Плотность этой модификации 2,3 г/см³ (по плотности он близок к гнейсу — 2,4 г/см³). Этот лед аморфен и может играть большую роль в физике планет и комет.

Замерзание природной воды зависит от температуры, давления, минерализации (количества растворенных веществ) и изотопного состава. Так, при концентрации раствора поваренной соли NaCI 5 г/л он замерзнет при минус 0,38; 50 г/л — при минус 3,78 и, наконец, 100 г/л—при минус 7,44 °С. Дальнейшее увеличение минерализации не предохраняет раствор от замерзания, происходит процесс вымораживания, которым пользуются, например, при добыче соли. В результате образуется чистый лед, а концентрация оставшегося жидкого раствора повышается.

Каждой, температуре соответствует вполне определенная концентрация раствора. Так будет продолжаться до тех пор, пока температура не упадет до минус 21,9°С, а концентрация раствора при этом достигнет 224 г/л, после чего раствор затвердеет, образуется эвтектическая смесь кристаллов льда и соли, называемая криогидратом. По данным Н. Н. Зубова [1945], лед образуется из морской воды при минерализации 10 г/л при температуре 0,5; при 100 г/л — при 6,4, а при 260 г/л при минус 23 °С.

Лед очень прозрачен для солнечной энергии, особенно для ультрафиолетового излучения. Снег, хотя и меньше, но тоже довольно хорошо пропускает солнечное излучение. Но даже самые тонкие (1—2мм)слои льда совершенно не прозрачны для тепловой длинноволновой радиации и земного излучения. Эта особенность имеет большое значение для нагревания воды подо льдом. Теплопроводность льда довольно высокая—53·10^-4 кал/ (см · сек · °С); для сравнения: теплопроводность воды—14, а воздуха— 0,57 кал/(см · сек · °С).

излучений и т. д.

1.9 Серебряная вода и ее применение.

Еще 2500 лет назад персидский царь Кир во время походов пользовался водой, сохраняемой в серебряных сосудах. В древней Индии для обезвреживания воды от патогенной микрофлоры в нее погружали раскаленное серебро. Многовековой опыт показал, что ионы серебра подавляют размножение многих бактерий.

Впервые научные наблюдения над серебряной водой в конце XIX в. провел швейцарский ботаник К. В. Негели. С тех пор во многих странах было выполнено значительное число работ по изучению эффективных способов ее получения и применения, выпущена обильная литература о серебряной воде. В нашей стране разработаны и выпущены в продажу специальные приборы для получения в домашних условиях электролитического раствора серебра, Серебряная вода использовалась при полетах космонавтов. В Японии и в США серебро применяется для обеззараживания воды в плавательных бассейнах, а в Китае — для производства минеральных и фруктовых вод. Серебряная вода может применяться для консервирования сливочного масла, маргарина, меланжа, молока, микстур и даже для ускорения процессов старения вин и улучшения их вкусовых качеств.

Электролитический раствор серебра служит эффективным средством при лечении воспалительных и гнойных процессов, желудочно-кишечных заболеваний, язвенной болезни, холецистита, воспаления глаз, носоглотки, ожогов и т. п.Он применяется также в ветеринарии для профилактических и лечебных целей.

Глава 2 Химические свойства воды.

2.1 Характеристика природной воды.

До сих пор мы рассматривали особенности «чистой» воды, не существующей в природе. Теперь мы попытаемся дать пока краткую характеристику природной воды, в которой всегда растворены различные газообразные и твердые (а подчас и жидкие) вещества, создающие громадное разнообразие (по минеральному составу) природных растворов.

По содержанию в 1 л воды растворенных веществ различают три группы вод:

Таблица 1

Содержание в 1л. воды растворенных веществ

Кол-во растворенных веществ, г
Пресные	Менее 1
Минерализованные	1-50
Рассолы	Более 50

В воде могут раствориться все элементы периодической системы, включая и такие почти не растворимые, как кремень (например, кварц – двуокись кремния SiO₂). Все зависит от температуры, давления и присутствия в растворе других компонентов. Природные воды могут существовать в температурных пределах от близкой к абсолютному нулю (минус 273 °С, или 0°К) до примерно 2000 °С; могут испытывать давление от тысячных долей атмосферы (единицы миллиметров ртутного столба или единицы миллибар) до десятков тысяч атмосфер (порядка 30—40кбар).

2.2 Растворимость газов в воде

В природной воде могут быть растворены газы как воздушного (атмосферного), так и подземного происхождения. В наиболее пресной дождевой воде, прежде всего, растворяются кислород и азот. Как известно, воздушная смесь газов земной атмосферы в основном состоит из 79 частей азота и 21 части кислорода. Хотя растворимость кислорода почти в два раза выше растворимости азота, все же в воде азота растворяется почти в два раза больше, чем кислорода (рис. 8).

Растворимость в воде газов различна и зависит от ряда факторов: температуры, давления, минерализации, присутствия в водном растворе других газов. С повышением температуры до 90 °С растворимость газов в воде снижается, а затем возрастает. Так, в 1 л воды при температуре 20 °С растворяется 665 мл 4630, аммиака—I 300000. Как видно из этих примеров, растворимость зависит и от состава самого газа.

Повышение давления влечет за собой увеличение растворимости газов. Например, при давлении 25атм в 1 л воды растворяется углекислого газа 16,3 л, а при 53 атм — 26,9.

При повышении минерализации воды растворимость газа падает. Так, при 0°С растворимость кислорода в 1 л воды с минерализацией менее 1 г/л составляет 49 мл, а при минерализации 30 г/л*—только 15, т. е. в три раза меньше.