Фізико-хімічні властивості води

Вода — основа життя

Питання для самоперевірки

1. Які рівні нормативного забезпечення аудиторської діяльності Ви знаєте?

2. Який орган здійснює регулювання аудиторської діяльності в Україні? Який порядок його утворення?

3. Які функції виконує АПУ?

4. Які документи визначають методичну базу аудиту?

5. На яких принципах ґрунтується аудиторська діяльність в Україні?

6. Дайте характеристику принципам професійної етики аудитора.

Сполука Гідрогену з Оксигеном вода є життєвим середовищем усіх біологіч-них систем. Вода — це одна з найпошире-ніших на Землі сполук. Молекули води виявлені у міжзоряному просторі, вона входить до складу планет сонячної сис-теми і її супутників. Кількість води на поверхні Землі оці-нюється в 1,39·10¹⁸ т, більша частина її знаходиться у морях і океанах. Кількість доступних для використання прісних вод у річках, озерах, болотах і водосховишах складає 2·10¹⁴ т. Маса льодовиків Антарктики, Антарктиди і високогірних районів — 2,4·10¹⁶ т, приблизно стільки ж є підземних вод, причому тільки невелика їх частина — прісні. У глибинних шарах Землі утримується значно більше (очевидно, не менше, ніж на по-рядок) води, ніж на поверхні. В атмосфері знаходиться біля 1,3·10¹³ т води. Вода входить до складу багатьох мінералів і гірських порід (глин, гіпсу, алюмосилікатів і ін.), присутня у грунті, є обов'язковим компонентом всіх живих організмів, входить до складу харчових продуктів.

Існує 9 стійких ізотопних різновидів води. Вміст їх у прісній воді у середньому наступний (мол. %): ¹Н₂¹⁶О — 99,73; ¹Н₂¹⁸О — 0,2; ¹Н₂¹⁷О — 0,04; ¹Н₂²Н₂¹⁶О — 0,03; решта п'ять ізотопних різновидів присутні у воді у мізерних кількостях. Крім стабіль-них ізотопних різновидів, у воді утримується невелика кількість радіоактивного Гідрогену у вигляді ³Н₂¹⁶О (або Т₂О). Ізотопний склад природної води різного походження дещо змінний. Особливо це стосується співвідношення ¹Н/²Н: у прісних водах — у середньому 6900, у морській воді — 5500, у льодах — 5500 — 9000. За фізичними властивостями D₂О значно відрізняється від Н₂О, тоді як вода, яка містить ¹⁸О, за властивостями ближча до води з ¹⁶О.

В молекулах води атоми Гідрогену і Оксигену розміщені у кутах рівнобедреного трикутника з довжиною зв'язку О-Н 0,0957 нм; валентний кут <Н-О-Н дорівнює 104,5⁰;дипольний момент 6,17·10^-30 Кл·м²; поляризуємість молекули 1,45·10^-3нм³; середній квадрупольний момент — 1,87·10^-41 Кл·м² ; енергія іонізації 12,6 еВ; спорідненість до протона 7,1 еВ.

Фізико-хімічні властивості води аномальні. Плавлення льоду при атмосферному тискові супроводжується зменшенням об'єму на 9%. Нижче наводимо значення величин, які характеризують властивості води у різних агрегатних станах (табл. 1-6)

Таблиця 1.Кристалічні модифікації льоду

Показник	Лід
I	II	III	V	VI	VII
Відносна густина	0,92	1,12	1,03	1,09	1,13	1,5
Відносний молярний об'єм	1,096	0,89	0,97	0,92	0,88	0,67

Таблиця 2.Потрійні точки води і модифікацій льоду

Система	Температура, ⁰С	Тиск, МПа
Вода — лід І — лід ІІІ	-22,0
Лід І — лід ІІ — лід ІІІ	-34,7
Вода — лід ІІІ — лід V	-17,0	346,5
Лід ІІ — лід ІІІ — лід V	-24,3	344,5
Вода — лід V — лід VІ	+0,16
Вода — лід VІ — лід VІІ	+81,6

Таблиця 3. Фізико-хімічні константи льоду

Параметр	Значення
Густина при 0⁰С і 101325 Па	916,8 кг/м³
Параметри решітки	а=0,4535 нм
Модуль пружності Юнга при -10⁰С і 101325 Па	9444486,5 Мпа^-1
Ізотермічне стиснення при 0⁰С і 30 Па	12·10^-5 Мпа^-1
Швидкість поширення звуку	3160 м/с
Діелектрична проникність при -1⁰С і 101325 Па і 3000 Гц	79 Ф/м
Питомі величини при нормальних умовах теплота плавлення теплота сублімації теплоємність теплопровідність електропровідність коефіцієнт об'ємного розширення коефіцієнт лінійного розширення	332,4 кДж/кг 2834 кдж/кг 2,039 кДж/кг ~ 2,34 Вт /(м·К) 0,4·10^-10 см·м^-1 12·10^-5 дм³/(кг·К) 5,27·10^-5 К^-1
Термодинамічні величини теплота утворення при 0⁰С і 101325 Па теплота плавлення при 101325 Па	292,72 кДж/моль 6,012 кДж/моль

Температурний коефіцієнт об'ємного розчинення льоду і рідкої води відємний при температурах відповідно нижче — 210⁰С і 3,98⁰С. Теплоємність С⁰_р при плавленні зростає майже в двоє і в інтервалі 0 — 100⁰С майже не залежить від температури (має мінімум при 35⁰С). Мінімум ізотермічного стиснення (44,9·10^-11 Па^-1 ), який спостерігається при 46⁰С виражений досить чітко. При низьких тисках і температурах до 30⁰С в'язкість води з ростом тиску падає. Високі діелектрична проникність і дипольний момент води визначають її добру здатність розчиняти полярні та іоногенні речовини. Завдяки високим значенням С⁰_р, ΔН⁰_пл і ΔН⁰_вип вода — важливий регулятор кліматичних умов на Землі, який стабілізує температуру на її поверхні. Крім того, наближення кута Н-О-Н до тетраедричного (109⁰28´) обумовлює пухкість структур льоду

Таблиця 4. Фізико-хімічні константи води

Параметр
Температура замерзання при 101325 Па кипіння при 101325 Па максимальної густини	0,00⁰С 100,00⁰С 3,98 ⁰С
Критичні константи температура тиск густина	374,15⁰С 22,143 МПа 325,0 кг/м³
Швидкість поширення звуку при 25⁰С	1496,3 м/с
Кріоскопічна константа	1,85
Ебуліоскопічна константа	0,516
Питомі величини при 101325 Па теплоємність при 15⁰С теплопровідність при 0⁰С теплопровідність при 45⁰С електропровідність при 18⁰С	4,187 кДж/(кг·К) 0,599 Вт/(м·К) 0,645 Вт/(м·К) 4,4·10^-10 см·м^-1
Термодинамічні величини теплота утворення (-ΔН, газ, 101325 Па, 25⁰С) етропія (S, газ, 101325 Па, 25⁰С) вільна енергія (-ΔF, газ, 101325 Па) теплоємність при 25⁰С енергія дисоціації Н2О ↔ Н + О + Н Н2О ↔ Н + ОН теплота електролітичної дисоціації при 20⁰С	241,989 кДж/моль 188,846 Дж/моль·К 288,750 кДж/моль 76,07 Дж/моль·К -916,5 кДж/моль -493,2 кДж/моль -57150 Дж/моль

і рідкої води, і, як наслідок, аномальну залежність густини від температури. Саме тому великі водоймища не промерзають до дна, а це забезпечує існування у них життя водних мешканців.

Для проектування технологічних процесів , зв'язаних з використанням води і водяної пари необхідні значення фізико-хімічних характеристик цих фаз, які знаходяться у рівновазі (табл. 7).

Молекули води володіють значним дипольним моментом, тому вони взаємодіють між собою і полярними молекулами інших речовин.

Таблиця 5. Фізичні константи льоду і води

Параметр	Значення
Електричний опір льоду при 0⁰С рідини при 0⁰С рідини при 50⁰С	0,4·10^-6Ом·м 1,47·10^-6Ом·м 18,9·10^-6Ом·м
Діелектрична проникність льоду при 0⁰С рідини при 25⁰С	78,3
Показник заломлення льоду при 0⁰С води при 20⁰С пари при 0⁰С і 0,1 МПа	1,3104 1,3333 1,000252
Магнітна сприйнятливість льоду при 0⁰С рідини при 0⁰С рідини при 25⁰С	-12,683·10^-6 -12,937·10^-6 -12,985 ·10^-6
Коефіцієнт ізотермічного стиснення, Па^-1 льоду при 0⁰С рідини при 0⁰С рідини при 60⁰С	12 ·10^-11 51,1·10^-11 45,5·10^-11
Температурний коефіцієнт об'ємного розширення, ⁰С^-1 льоду при 0⁰С рідини при 0⁰С рідини при 10⁰С рідини при 20⁰С	-1,2·10^-4 -3,4·10^-5 9·10^-5 2·10^-4

У процесі такої взаємодії атоми гідрогену води можуть утворювати водневі зв'язки з атомами O, N, F, C, S і ін. У водяній парі при невисоких температурах і помірних тисках невелика кількість (біля 1% при температурі кипіння і атмосферному тиску0 димерів води ( для них ∆Н_утв ~15 кДж/моль,), віддаль між атомами Оксигену ~0,3 нм. У конденсованих фазах кожна молекула води утворює чотири водневі

У конденсованих фазах кожна молекула води утворює чотири водневі зв'язки: два як донор протонів і два — як акцептор протонів. Середня довжина цих зв'язків у кристалічних модифікаціях льоду і кристалогідратах біля 0,28 нм. Кут О — Н ... О наближається до 180⁰. Чотири водневі зв'язки води напрямлені приблизно до вершин правильного тетраедра .

Таблиця 6.Фізико-хімічні константи важкої води

Параметр	Стан або умова визначення	t,⁰С	Значення для Д₂¹⁶О
Молекулярна маса	-	-	20,02948
Густина, кг/м³	рідина		1104,211
Температура, ⁰С плавлення максимальної густини кипіння критична	101325 Па 101325 Па 101325 Па 22,75 МПа	- - - -	3,813 11,6 101,43 371,5
Тиск Критичний, МПа пари, Па·10²	- -	371,5 25,0	22,15 26,73
В'язкість відносна	Рідина		1,232
Показник заломлення	Д — лінія Na		1,32795
Поверхневий натяг, мН/м	Рідина		67,8
Діелектрична проникність, Ф/м	Рідина		78,54
Іонний добуток [D₃O^+][OD^-1]·10^-14	Рідина		0,2
Дипольний момент, Кл·м·10³⁰	-	-	6,23
Термодинамічні величини, кДж\моль теплота утворення (-ΔН) теплота плавлення Теплота випаровування вільна енергія (-ΔF) ентропія (S), Дж/моль·К теплоємність, Дж/моль	Газ, 101325 Па 101325 Па 101325 Па Газ, 101325 Па Газ, 101325 Па Рідина	Т.пл. -	84,78 249,383 6,284 45,427 234,741 185,806

Структура модифікації льоду являє собою тривимірну сітку. Існує дев'ять кристалічних модифікацій льоду, які відрізняються своєю будовою і властивостями.

Таблиця 7.Властивості води і водяної пари, які знаходяться у рівновазі.

Т, ⁰С	Густина, г/см³	Теплопровідність, МВт/(м·К)	С_р⁰
Рідина	Пара	Рідина	Пара	Рідина	Пара
	0,99987	4,85·10^-6	561,0	17,1	75,973	33,581
	0,99973	9,4·10^-6	580,0	17,6	75,5411	33,653
	0,99823	1,729·10^-5	598,5	18,2	75,342	33,761
	0,99567	8,037·10^-5	615,5	18,9	75,288	33,924
	0,99224	5,116·10^-5	630,6	19,6	75,342	34,122
	0,98324	1,302·10^-5	654,4	21,2	75,396	34,662
	0,97183	2,934·10^-4	669,8	23,0	75,613	35,4722
	0,95838	5,977·10^-4	678,8	25,1	75,955	36,644
	0,9434	1,121·10^-4	683,0	27,5	76,477	38,265
	0,9173	2,547·10^-3	681,7	31,6	77,648	41,797
	0,8649	7,862·10^-3	663,3	40,1	80,117	51,940
	0,7992	1,998·10^-3	625,5	51,3	87,719	70,586
	0,7122	4,621·10^-2	547,5	69,3	103,952	110,618
	0,5745	0,1136	445,0	134,2	181,601	287,355

Тривимірна сітка водневих зв'язків, побудована з тетраедрів, існує і у рідкій воді в усьому інтервалі від температури плавлення до критичної. Збільшення густини при плавленні, як і у випадку щільних модифікацій льоду, пояснюється викривленням водневих зв'язків і відхиленням кутів між ними від тетраедричних. Викривлення зв'язків збільшується з ростом температури і тиску, що призводить до зростання густини. З іншої сторони, при нагріванні середня довжина водневих зв'язків стає більшою, в результаті чого густина зменшується. Сумісна дія цих двох факторів пояснює наявність максимума густини води при 3,98 ⁰С.

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
Законодавчі нормативи га вміст токсичних елементів у харчових продуктах і воді	\|	Природна вода.

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.007 сек.