Нэгдүгээрт, "ус" гэсэн нэр томьёогоор H 2 O гэсэн аль ч боломжит фазын төлөвт байгаа гэдгийг хүлээн зөвшөөрцгөөе.
Байгальд ус нь хатуу фаз (мөс, цас), шингэн фаз (ус), хийн фаз (уур) гэсэн гурван төлөвтэй байж болно.
Байгаль орчинтой эрчим хүчний харилцан үйлчлэлгүй усыг авч үзье, өөрөөр хэлбэл. тэнцвэрт байдалд байна.
Мөс эсвэл шингэний гадаргуу дээр үргэлж уур байдаг. Холбоо барих үе шатууд нь термодинамикийн тэнцвэрт байдалд байна: хурдан молекулууд шингэн фазаас нисч, гадаргуугийн хүчийг даван гарч, уурын фазаас удаан молекулууд шингэн фаз руу шилждэг.
Тэнцвэрийн төлөвт температур бүр тодорхой уурын даралттай тохирч байна - нийт (шингэн дээр зөвхөн уур байгаа бол) эсвэл хэсэгчилсэн (хэрэв агаар эсвэл бусад хийтэй уурын хольц байгаа бол). Үүссэн шингэн фазтайгаа тэнцвэрт байдалд байгаа уурыг ханасан уур гэж нэрлэдэг ба харгалзах температурыг ханалтын температур, даралтыг ханалтын даралт гэж нэрлэдэг.
Усны тэнцвэргүй байдал:
a) Механик тэнцвэргүй байдал. Шингэн дээрх уурын даралтыг ханасан даралтын хэмжээнээс доош буулгана. Энэ тохиолдолд тэнцвэрт байдал алдагдаж, хамгийн хурдан молекулуудын улмаас фазын интерфэйсээр дамжуулан бодисын шингэн фазаас хийн фаз руу нөхөн олговоргүй шилжилт явагдана.
Бодисын шингэн фазаас хийн фаз руу нөхөн олговоргүй шилжих үйл явцыг ууршилт гэж нэрлэдэг.
Бодисын хатуу фазаас хийн фаз руу нөхөн олговоргүй шилжих үйл явцыг сублимац буюу сублимация гэж нэрлэдэг.
Үүссэн уурыг эрчимтэй зайлуулах үед ууршилт эсвэл сублимацийн эрч хүч нэмэгддэг. Энэ тохиолдолд шингэн фазын температур түүнээс хамгийн их энергитэй молекулууд гадагшилснаас болж буурдаг. Энэ нь даралтыг бууруулахгүйгээр шингэний гадаргууг агаарын урсгалаар үлээх замаар л хүрч болно.
б) Дулааны тэнцвэргүй байдал. Ил задгай саванд шингэнийг дулаанаар хангана. Энэ тохиолдолд температур, үүний дагуу шингэний дээрх ханасан уурын даралт нэмэгдэж, бүрэн гадаад даралтад (P = P H) хүрч болно. P = P H тохиолдолд халаалтын гадаргуу дээр шингэний температур нь энд давамгайлсан даралтын үед ханасан уурын температураас дээш өсдөг, өөрөөр хэлбэл. шингэний зузаан дахь уур үүсэх нөхцөл бүрддэг.
Шингэн доторх бодисыг шингэн фазаас уурын фаз руу шууд шилжүүлэх үйл явцыг буцалгах гэж нэрлэдэг.
Шингэний зузаан дахь уурын бөмбөлгийг бөөм болгох үйл явц нь нарийн төвөгтэй байдаг. Ус буцалгахын тулд дулаан хангамжийн гадаргуу дээр ууршилтын төвүүд байх шаардлагатай - хотгор, цухуйсан, жигд бус байдал гэх мэт. Халаалтын гадаргуу дээр буцалгах үед давамгайлсан даралт дахь ус ба ханасан уурын температурын зөрүү нь дулааны хангамжийн эрчмээс хамаардаг бөгөөд хэдэн арван градус хүрч болно.
Шингэний гадаргуугийн хурцадмал хүчний үйлчлэл нь түүний дээрх ханасан уурын температуртай харьцуулахад 0.3-1.5 градусаар буцалгах үед фазын интерфейс дэх шингэнийг хэт халах шалтгаан болдог.
Бодисын шингэн фазаас уурын үе рүү шилжих аливаа процессыг ууршилт гэж нэрлэдэг.
Ууршилтын эсрэг үйл явц, i.e. Бодисын уурын фазаас шингэн фаз руу нөхөн олговоргүй шилжилтийг конденсац гэж нэрлэдэг.
Тогтмол уурын даралттай үед конденсац нь тогтмол температурт (буцлах гэх мэт) үүсдэг бөгөөд энэ нь системээс дулааныг зайлуулах үр дүн юм.
Сублимацын эсрэг үйл явц, i.e. Бодисын уурын фазаас хатуу фаз руу шууд шилжихийг десублимация гэж нэрлэдэг.
Буцалгах процесст шилжсэн ханасан уур, ханасан температурын тухай өмнө нь танилцуулсан ойлголтууд нь уур ба шингэний температурыг тэнцүү болгоход хүргэдэг гэдгийг санацгаая. Энэ тохиолдолд шингэн ба уурын фазын даралт ба температур хоёулаа ижил байна.
Буцалж буй усны шингэн үеийг ханасан шингэн гэж нэрлэдэг.
Буцалж буй (ханасан) температурт уурыг хуурай ханасан уур гэж нэрлэдэг.
Ханасан төлөвт байгаа хоёр фазын шингэн + уурын хольцыг нойтон ханасан уур гэж нэрлэдэг.
Термодинамикийн хувьд энэ нэр томъёо нь ханасан уур нь шингэний түвшнээс дээш байх эсвэл түүнд түдгэлзсэн шингэн дусал бүхий уурын хольцыг төлөөлөх хоёр фазын системд хамаарна. Нойтон ханасан уурыг тодорхойлохын тулд үүнийг ашигладаг хуурайшилтын зэрэглэлийн тухай ойлголт X, энэ нь хуурай ханасан уурын массын харьцаа юм, m S.N.P. , хольцын нийт масс хүртэл, m SM = m S.N.P. + м J.S.N. , түүнийг ханасан байдалд шингэнээр:
Тогтмол даралттай чийгтэй ханасан уурыг дулаанаар хангах нь хольцын шингэн фазыг уурын үе рүү шилжүүлэхэд хүргэдэг. Энэ тохиолдолд бүх шингэнийг уур болгон хувиргах хүртэл хольцын температурыг (ханалт) нэмэгдүүлэх боломжгүй. Цаашид дулааныг зөвхөн уурын үе шатанд ханасан төлөвт нийлүүлэх нь түүний температур нэмэгдэхэд хүргэдэг.
Өгөгдсөн даралт дахь ханасан температураас дээш температуртай уурыг хэт халсан уур гэж нэрлэдэг. Хэт халсан уурын температурын зөрүүт мөн ижил даралттай ханасан уурт Н уурын хэт халалтын зэрэг гэж нэрлэдэг D t P = t -t N.
Уурын хэт халалтын зэрэг нэмэгдэхийн хэрээр түүний эзэлхүүн нэмэгдэж, молекулуудын концентраци буурч, шинж чанар нь хийн шинж чанартай ойртдог.
Гиббсийн фазын дүрмийг нэг бүрэлдэхүүн хэсэгтэй системд хэрэглэх. Ус ба хүхрийн фазын диаграмм
Нэг бүрэлдэхүүн хэсгийн системийн хувьд TO=1 ба фазын дүрмийг дараах байдлаар бичнэ.
C = 3– Ф
Хэрэв Ф= 1, тэгвэл ХАМТ=2, тэд систем гэж хэлдэг хоёр хувьсах;
Ф= 2, тэгвэл ХАМТ=1 , систем моновариант;
Ф= 3, тэгвэл ХАМТ = 0,
систем хувирамтгай.
Даралтын хоорондын хамаарал ( Р), температур ( Т) ба хэмжээ ( В) үе шатуудыг гурван хэмжээстээр дүрсэлж болно фазын диаграм. Цэг бүр (дэв дүрслэлийн цэг) ийм диаграмм дээр зарим тэнцвэрийн төлөвийг дүрсэлсэн. Энэ диаграмын хэсгүүдтэй онгоц ашиглан ажиллах нь ихэвчлэн илүү тохиромжтой байдаг Р - Т(цагт V = const) эсвэл онгоц P–V(цагт T = const). Дараах зүйлд бид зөвхөн онгоцоор огтлолцсон тохиолдлыг авч үзэх болно Р - Т(цагт V = const).
Усны төлөв байдлыг янз бүрийн температур, даралтын хүрээнд судалсан. Өндөр даралтын үед мөсний дор хаяж арван талст өөрчлөлт байгаа нь тогтоогдсон. Хамгийн их судлагдсан нь мөс I - байгальд олдсон мөсний цорын ганц өөрчлөлт юм.
Бодисын янз бүрийн өөрчлөлтүүд - полиморфизм нь төлөв байдлын диаграммын хүндрэлд хүргэдэг.
Координат дахь усны фазын диаграмм Р - Т 15-р зурагт үзүүлэв. Энэ нь 3-аас бүрдэнэ фазын талбарууд- янз бүрийн газар нутаг Р, Т- мөс, шингэн ус эсвэл уурын тодорхой фазын хэлбэрээр ус байх утгууд (зураг дээр L, F, P үсгээр тус тус заасан). Эдгээр фазын талбарууд нь 3 хилийн муруйгаар тусгаарлагддаг.
Муруй AB - ууршилтын муруй, хамаарлыг илэрхийлдэг температураас шингэн усны уурын даралт(эсвэл эсрэгээр нь усны буцалгах цэгийн гадаад даралтаас хамаарах хамаарлыг илэрхийлнэ). Өөрөөр хэлбэл, энэ шугам нь хоёр фазын тэнцвэрт байдалд нийцдэг.
Шингэн ус ↔ уур, фазын дүрмээр тооцсон эрх чөлөөний градусын тоо ХАМТ= 3 – 2 = 1. Энэ тэнцвэрийг гэнэ моновариант. Энэ нь системийн бүрэн тайлбарыг зөвхөн тодорхойлоход л хангалттай гэсэн үг юм нэг хувьсагч- температур эсвэл даралт, учир нь өгөгдсөн температурт зөвхөн нэг тэнцвэрийн даралт, өгөгдсөн даралтын хувьд зөвхөн нэг тэнцвэрийн температур байдаг.
AB шугамын доорх цэгүүдэд тохирох даралт ба температурт шингэн нь бүрэн уурших бөгөөд энэ бүс нь уурын муж юм. Өгөгдсөн нэг фазын муж дахь системийг дүрслэхийн тулд температур ба даралт гэсэн хоёр бие даасан хувьсагч шаардлагатай. ХАМТ = 3 – 1 = 2).
AB шугамын дээрх цэгүүдэд тохирох даралт ба температурт уур нь шингэн болж бүрэн конденсацдаг ( ХАМТ= 2). Ууршилтын муруй AB дээд хязгаар нь В цэгт байх бөгөөд үүнийг чухал цэг гэж нэрлэдэг (усны хувьд 374.2ºС ба 218.5). атм.). Энэ температураас дээш бол шингэн ба уурын үе шатууд ялгагдахгүй (шингэн/уурын интерфейс алга болно), тиймээс Ф = 1.
AC шугам - хараат байдлыг тусгасан мөсний сублимацийн муруй (заримдаа сублимацийн шугам гэж нэрлэдэг) температур дээрх мөс дээрх усны уурын даралт. Энэ шугам нь моновариант тэнцвэрийн мөс ↔ уур ( ХАМТ= 1). АС шугамын дээр мөсний талбай, доор нь уурын талбай байрладаг.
AD шугам - хайлах муруй, хамаарлыг илэрхийлнэ мөс хайлах температур ба даралтба моновариант тэнцвэрийн мөс ↔-тай тохирч байна шингэн ус. Ихэнх бодисын хувьд AD шугам нь босоо тэнхлэгээс баруун тийш хазайдаг боловч усны зан байдал нь хэвийн бус байдаг: шингэн ус нь мөсөөс бага эзэлхүүн эзэлдэг. Даралт ихсэх нь тэнцвэрт байдал шингэн үүсэх чиглэлд шилжих болно, өөрөөр хэлбэл хөлдөх цэг буурах болно.
Өндөр даралтын үед мөс хайлах муруйг тодорхойлохын тулд Бридгманы анх хийсэн судалгаагаар эхнийхээс бусад мөсний одоо байгаа бүх талст өөрчлөлтүүд уснаас илүү нягт болохыг харуулсан. Ийнхүү МЭ шугамын дээд хязгаар нь I мөс (ердийн мөс), III мөс, шингэн ус зэрэг тэнцвэрт байдалд орших D цэг юм. Энэ цэг нь -22ºС ба 2450 хэмд байрладаг атм.
Цагаан будаа. 15. Усны фазын диаграмм
Усны жишээг ашиглан фазын диаграмм нь 15-р зурагт үзүүлсэн шиг үргэлж энгийн байдаггүй нь тодорхой байна. Ус нь талст бүтцээрээ ялгаатай хэд хэдэн хатуу фазын хэлбэрээр байж болно (16-р зургийг үз).
Цагаан будаа. 16. Өргөн хүрээний даралтын утгын усны өргөтгөсөн фазын диаграм.
Усны гурвалсан цэг (шингэн, мөс, уур гэсэн гурван фазын тэнцвэрийг тусгасан цэг) агаар байхгүй үед 0.01ºС ( Т = 273,16К) ба 4.58 ммМУБ. Эрх чөлөөний зэрэглэлийн тоо ХАМТ= 3-3 = 0 ба ийм тэнцвэрийг инвариант гэж нэрлэдэг.
Агаар байгаа үед гурван фаз нь 1-ийн тэнцвэрт байдалд байна атм. ба 0ºС ( Т = 273,15К). Агаар дахь гурвалсан цэгийн бууралт нь дараахь шалтгааны улмаас үүсдэг.
1. Шингэн усанд агаарын уусах чадвар 1 атм, энэ нь гурвалсан цэгийг 0.0024ºС-ээр бууруулахад хүргэдэг;
2. 4.58-аас даралтын өсөлт ммМУБ. 1 хүртэл атм, энэ нь гурвалсан цэгийг өөр 0.0075ºС-ээр бууруулдаг.
Эндээс бид хоёрдугаар ангилалд шилжиж болно. Үгний дор "мөс"Бид усны хатуу фазын төлөвийг ойлгож дассан. Гэхдээ үүнээс гадна бусад бодисууд нь хөлддөг. Тиймээс мөсийг анхны бодисын химийн найрлагаар, жишээлбэл, нүүрстөрөгчийн давхар исэл, аммиак, метан мөс гэх мэтээр ялгаж болно.
Гуравдугаарт, термодинамик хүчин зүйлээр тодорхойлогддог усны мөсний талст тор (өөрчлөлт) байдаг. Энэ нийтлэлд бид тэдний талаар бага зэрэг ярих болно.
"Мөс" өгүүлэлд бид усны бүтэц хэрхэн өөрчлөгддөг, нэгдэх төлөв нь өөрчлөгддөг талаар судалж, талст бүтэцтэй холбоотой асуудлыг хөндсөн. энгийн мөс. Усны молекулын дотоод бүтэц, бүх молекулуудыг эмх цэгцтэй системд холбосон устөрөгчийн бондын ачаар мөсний зургаан өнцөгт (зургаан өнцөгт) болор тор үүсдэг. Бие биедээ хамгийн ойрхон молекулууд (нэг төв ба дөрвөн булан) нь гурван талт пирамид буюу тетраэдр хэлбэрээр байрладаг бөгөөд энэ нь зургаан өнцөгт талст өөрчлөлтийн үндэс юм. Зураг 1).
Дашрамд хэлэхэд, бодисын хамгийн жижиг хэсгүүдийн хоорондох зайг нанометр (нм) эсвэл ангстромоор хэмждэг (19-р зууны Шведийн физикч Андерс Йонас Ангстремын нэрээр нэрлэгдсэн; Å тэмдгээр тэмдэглэсэн). 1 Å = 0.1 нм = 10−10 м.
Энгийн мөсний энэхүү зургаан өнцөгт бүтэц нь түүний бүх эзэлхүүнийг хамардаг. Та үүнийг энгийн нүдээр тодорхой харж болно: өвлийн улиралд цас орох үед ханцуйндаа эсвэл бээлий дээрээ цасан ширхгийг барьж, түүний хэлбэрийг сайтар ажиглаарай - энэ нь зургаан туяа эсвэл зургаан өнцөгт юм. Энэ нь цасан ширхгүүдийн хувьд ердийн зүйл боловч нэг ч цасан ширхгийг дахин давтдаггүй (энэ талаар манай нийтлэлээс дэлгэрэнгүй үзэх). Мөн гаднах хэлбэртэй том мөсөн талстууд ч гэсэн дотоод молекулын бүтэцтэй тохирдог ( Зураг 2).
Бодис, ялангуяа ус нэг төлөвөөс нөгөөд шилжих нь тодорхой нөхцөлд явагддаг гэж бид аль хэдийн хэлсэн. Уламжлалт мөс нь 0 ° C ба түүнээс доош температурт, 1 атмосферийн даралтанд үүсдэг ( хэвийн утга). Иймээс мөсний бусад өөрчлөлтүүд гарч ирэхийн тулд эдгээр утгыг өөрчлөх шаардлагатай бөгөөд ихэнх тохиолдолд бага температур, өндөр даралт, энэ үед устөрөгчийн бондын өнцөг өөрчлөгдөж, болор торыг бүхэлд нь сэргээдэг.
Мөсний өөрчлөлт бүр нь тодорхой системд хамаардаг - нэгж эсүүд нь ижил тэгш хэмтэй, координатын системтэй (XYZ тэнхлэгүүд) талстуудын бүлэгт хамаардаг. Нийтдээ долоон сингонийг ялгадаг. Тэдгээрийн тус бүрийн онцлог шинж чанаруудыг энд харуулав зураг 3-4. Доорх нь талстуудын үндсэн хэлбэрүүдийн зураг юм ( Зураг 5)
Энгийн мөсөөс ялгаатай мөсний бүх өөрчлөлтийг лабораторийн нөхцөлд олж авсан. Мөсний анхны полиморф бүтэц нь 20-р зууны эхээр эрдэмтдийн хүчин чармайлтаар тодорхой болсон. Густав Генрих ТамманнТэгээд Перси Уильямс Бридгман. Бридгманы өөрчлөлтийн диаграммыг үе үе нэмж оруулав. Өмнө нь олж авсан өөрчлөлтүүдээс шинэ өөрчлөлтүүдийг тодорхойлсон. Диаграммд хамгийн сүүлийн үеийн өөрчлөлтүүд бидний үед хийгдсэн. Өнөөдрийг хүртэл арван зургаан төрлийн талст мөсийг олж авсан. Төрөл бүр өөрийн гэсэн нэртэй бөгөөд Ром тоогоор тэмдэглэдэг.
Эрхэм уншигч та бүхнийг уйдаахгүйн тулд бид усны молекулын төрөл бүрийн физик шинж чанарыг нарийвчлан судлахгүй, бид зөвхөн үндсэн параметрүүдийг тэмдэглэх болно.
Энгийн мөсийг мөс Ih гэж нэрлэдэг ("h" угтвар нь зургаан өнцөгт систем гэсэн үг). Асаалттай дүрслэл 7түүний талст бүтцийг танилцуулсан бөгөөд энэ нь зургаан өнцөгт холбоо (гексамер) -аас бүрдэх бөгөөд тэдгээр нь хэлбэр дүрсээрээ ялгаатай байдаг. нарны сандал(Англи) сандал хэлбэр), өөр хэлбэрээр дэгээ (завь хэлбэр). Эдгээр гексамерууд нь гурван хэмжээст хэсгийг бүрдүүлдэг - хоёр "chaise lounge" нь дээд ба доод хэсэгт хэвтээ, гурван "завь" нь босоо байрлалыг эзэлдэг.
Орон зайн диаграмм нь мөсний устөрөгчийн бондын байршлын дарааллыг харуулж байна И, гэхдээ бодит байдал дээр холболтууд санамсаргүй байдлаар баригдсан. Гэсэн хэдий ч эрдэмтэд зургаан өнцөгт мөсний гадаргуу дээрх устөрөгчийн холбоо нь бүтэц доторхоос илүү эмх цэгцтэй байхыг үгүйсгэхгүй.
Зургаан өнцөгт мөсний нэгж эс (өөрөөр хэлбэл гурван хэмжээстээр олон дахин үржих нь болор торыг бүхэлд нь бүрдүүлдэг болорын хамгийн бага эзэлхүүн) нь 4 усны молекулыг агуулдаг. Нүдний хэмжээсүүд байна 4.51 Åхоёр талдаа а,бТэгээд 7.35 Å c тал дээр (диаграмм дахь c тал эсвэл тэнхлэг нь босоо чиглэлтэй). Эндээс харахад талуудын хоорондох өнцөг зураг 4: α=β = 90°, γ = 120°. Хөрш зэргэлдээх молекулуудын хоорондох зай 2.76 Å.
Зургаан өнцөгт мөсөн талстууд нь зургаан өнцөгт хавтан ба багана үүсгэдэг; Тэдгээрийн дээд ба доод нүүр нь үндсэн хавтгай бөгөөд ижил зургаан хажуугийн нүүрийг призматик гэж нэрлэдэг ( Зураг 10).
Талсжихын тулд усны молекулын хамгийн бага тоо ойролцоогоор байна 275 (±25). Их хэмжээгээр мөс үүсэх нь усны массын дотор биш харин агаартай хиллэдэг гадаргуу дээр үүсдэг. Том ширхэгтэй мөсөн талстууд Ис тэнхлэгийн чиглэлд аажмаар үүсдэг, жишээлбэл, зогсонги усанд тэд талст ялтсуудаас босоо доошоо ургадаг, эсвэл хажуу тийш ургах хэцүү нөхцөлд ургадаг. Турбулинтай усанд эсвэл хурдан хөлдөх үед үүссэн нарийн ширхэгтэй мөс нь призматик нүүрнээс чиглэсэн өсөлтийг хурдасгадаг. Эргэн тойрон дахь усны температур нь мөсөн болор торны салбарлалтын түвшинг тодорхойлдог.
Хэмжээ нь бүтцийн хөндийд багтах боломжийг олгодог гелий ба устөрөгчийн атомаас бусад усанд ууссан бодисын хэсгүүд нь атмосферийн хэвийн даралтаар болор торноос хасагдаж, талст гадаргуу дээр шахагдан эсвэл , аморф сортын хувьд (энэ талаар өгүүллийн дараа дэлгэрэнгүй) бичил талстуудын хооронд давхарга үүсгэдэг. Усыг хөлдөөх, гэсгээх дараалсан мөчлөгийг бохирдлоос, жишээлбэл, хий (хийгүйжүүлэх) -ээс цэвэрлэхэд ашиглаж болно.
Мөстэй хамт Ибас мөс байна Ic (куб систем), гэхдээ байгальд ийм төрлийн мөс үүсэх нь заримдаа зөвхөн агаар мандлын дээд давхаргад л боломжтой байдаг. Хиймэл мөс IcУсыг агшин зуур хөлдөөх замаар олж авдаг бөгөөд үүний тулд уурыг хөргөсөн дээр конденсацуулдаг 80 хасах руу 110 ° Cхэвийн атмосферийн даралт дахь металл гадаргуу. Туршилтын үр дүнд куб хэлбэртэй эсвэл октаэдр хэлбэртэй талстууд гадаргуу дээр унадаг. Температурыг бууруулснаар ердийн зургаан өнцөгт мөсөөс анхны өөрчлөлтийн куб мөс үүсгэх боломжгүй, харин мөсийг халаах замаар кубаас зургаан өнцөгт рүү шилжих боломжтой. Icөндөр хасах 80°С.
Мөсний молекулын бүтцэд Icустөрөгчийн бондын өнцөг нь ижил байна ердийн мөс Ih - 109.5 °. Мөн энд мөсөн тор дахь молекулуудаас үүссэн зургаан өнцөгт цагираг байна Icзөвхөн chaise lounge хэлбэрээр байдаг.
Ic мөсний нягт нь 1 атм даралттай үед 0.92 г/см³ байна. Куб талст дахь нэгж эс нь 8 молекул ба хэмжээстэй: a=b=c = 6.35 Å, өнцөг нь α=β=γ = 90°.
Тэмдэглэл дээр.Эрхэм уншигчид, энэ нийтлэлд бид нэг буюу өөр төрлийн мөсний температур, даралтын үзүүлэлтүүдтэй олон удаа тулгарах болно. Хэрэв Цельсийн градусаар илэрхийлсэн температурын утга нь хүн бүрт ойлгомжтой байвал даралтын утгыг ойлгох нь зарим хүмүүст хэцүү байж магадгүй юм. Физикийн хувьд үүнийг хэмжихийн тулд янз бүрийн нэгжийг ашигладаг боловч бидний нийтлэлд бид утгыг дугуйруулж, атмосферт (atm) тэмдэглэнэ. Хэвийн атмосферийн даралт нь 1 атм бөгөөд энэ нь 760 ммМУБ буюу 1 бараас арай илүү буюу 0.1 МПа (мегапаскал) юм.
Таны ойлгож байгаагаар, ялангуяа мөстэй жишээнээс Ic, мөсний талст өөрчлөлтийн оршин тогтнох нь термодинамик тэнцвэрийн нөхцөлд боломжтой, i.e. Аливаа талст төрлийн мөс байгаа эсэхийг тодорхойлдог температур ба даралтын тэнцвэр алдагдах үед энэ төрөл алга болж, өөр өөрчлөлт болж хувирдаг. Эдгээр термодинамик утгуудын хүрээ нь төрөл бүрийн хувьд өөр өөр байдаг; Бусад төрлийн мөсийг нэрлэсэн дарааллаар нь биш, харин эдгээр бүтцийн шилжилттэй холбон авч үзье.
Мөс IIтригональ системд хамаарна. Энэ нь зургаан өнцөгт хэлбэрээс 3000 орчим атм даралт, хасах 75 хэмийн температурт эсвэл өөр өөрчлөлтөөс үүсэх боломжтой. мөс V), хасах 35°С-ийн температурт даралтыг огцом бууруулах замаар. Оршихуй IIмөсний төрөл нь хасах 170 ° C, 1-ээс 50,000 атм (эсвэл 5 гигапаскаль (GPa)) даралттай нөхцөлд боломжтой. Эрдэмтдийн үзэж байгаагаар ийм өөрчлөлтийн мөс нь мөсөн дагуулуудын нэг хэсэг байж магадгүй юм алс холын гаригуудНарны систем. Агаар мандлын хэвийн даралт, хасах 113 хэмээс дээш температур нь энэ төрлийн мөсийг ердийн зургаан өнцөгт мөс болгон хувиргах нөхцлийг бүрдүүлдэг.
Асаалттай дүрслэл 13мөсөн болор торыг үзүүлэв II. Харагдах онцлог шинжбүтэц - молекулын холбоогоор үүссэн нэг төрлийн хөндий зургаан өнцөгт суваг. Нэгж эс (зураг дээр алмаазаар тодруулсан хэсэг) нь "өндөр"-ээр бие биентэйгээ харьцуулахад шилжсэн хоёр шөрмөсөөс бүрдэнэ. Үүний үр дүнд ромбоэдр сүлжээний систем үүсдэг. Нүдний хэмжээ a=b=c = 7.78 Å; α=β=γ = 113.1°. Нэг эсэд 12 молекул байдаг. Молекулуудын хоорондох холбоосын өнцөг (O–O–O) 80-120° хооронд хэлбэлздэг.
Халаалтын өөрчлөлт II үед та мөс авч болно III, мөн эсрэгээр, мөс хөргөх IIIмөс болгон хувиргадаг II. Мөн мөс IIIусны температурыг аажмаар хасах 23 хэм хүртэл бууруулж, даралтыг 3000 атм хүртэл нэмэгдүүлэх үед үүсдэг.
Фазын диаграмаас харж болно ( өвчтэй. 6), мөсний тогтвортой төлөв байдлын термодинамик нөхцөл III, түүнчлэн өөр нэг өөрчлөлт - мөс В, жижиг.
Мөс IIIТэгээд Вэргэн тойрон дахь өөрчлөлтүүд бүхий дөрвөн гурвалсан цэгтэй (материалын янз бүрийн төлөв байдлын оршин тогтнох боломжтой термодинамик утгууд). Гэсэн хэдий ч мөс II, IIIТэгээд ВАгаар мандлын хэвийн даралт, хасах 170 хэмийн температурт өөрчлөлтүүд байж болох бөгөөд тэдгээрийг хасах 150 хэм хүртэл халаах нь мөс үүсэхэд хүргэдэг. Ic.
Одоогоор мэдэгдэж байгаа бусад өндөр даралтын өөрчлөлтүүдтэй харьцуулахад мөс IIIхамгийн бага нягтралтай - 3500 атм даралттай. Энэ нь 1.16 г/см³-тэй тэнцүү байна.
Мөс IIIталстжуулсан усны тетрагональ төрөл зүйл боловч мөсөн торны бүтэц нь өөрөө IIIзөрчилтэй байна. Хэрэв ихэвчлэн молекул бүр 4 хөршөөр хүрээлэгдсэн байдаг бол энэ тохиолдолд энэ үзүүлэлт 3.2 утгатай байх бөгөөд үүнээс гадна ойролцоо устөрөгчийн холбоогүй 2 эсвэл 3 молекул байж болно.
Орон зайн байрлалд молекулууд баруун гарт мушгиа үүсгэдэг.
Хасах 23°С ба 2800 атм орчимд 12 молекул бүхий нэгж эсийн хэмжээ: a=b = 6.66, c = 6.93 Å; α=β=γ = 90°. Устөрөгчийн холбоосын өнцөг нь 87-141 ° хооронд хэлбэлздэг.
Асаалттай дүрслэл 15мөсний молекулын бүтцийн орон зайн диаграммыг уламжлалт байдлаар үзүүлэв III. Молекулууд (цэг цэнхэр өнгө), үзэгчдэд ойрхон байрладаг, томоор харуулсан бөгөөд устөрөгчийн холбоо (улаан шугам) нь харгалзах зузаантай байна.
Одоо тэдний хэлснээр мөсний араас ирж буй хүмүүсийг нэн даруй "үсэрцгээе" IIIнэршлийн дарааллаар, талст өөрчлөлт, мөсний талаар хэдэн үг хэлье IX.
Энэ төрлийн мөс нь үндсэндээ өөрчлөгдсөн мөс юм III, мөс болж хувирахгүйн тулд хасах 65-аас хасах 108 хэм хүртэл хурдан гүн хөргөнө. II. Мөс IX 133°С-аас доош температурт, 2000-4000 атм даралтад тогтвортой байна. Түүний нягтрал, бүтэц нь ижил байна IIIоюун ухаан, гэхдээ мөс шиг биш IIIмөсний бүтцэд IXпротонуудын зохион байгуулалтад дэг журам байдаг.
Халаах мөс IXтүүнийг эх хувь руу нь буцааж өгөхгүй IIIөөрчлөлтүүд, гэхдээ мөс болж хувирдаг II. Эсийн хэмжээ: a=b = 6.69, c = 6.71 Å хасах 108°С ба 2800 атм.
Дашрамд хэлэхэд, Шинжлэх ухааны зөгнөлт зохиолч Курт Воннегутын 1963 онд хэвлэгдсэн "Муурын өлгий" роман нь мөсөн есөн хэмээх бодисыг тойрсон бөгөөд энэ нь хүний гараар бүтсэн материал бөгөөд устай хүрэлцэх үед талсжиж, мөсөн есөн болж хувирдаг тул амьдралд маш их аюул учруулдаг. Дэлхийн далайд тулгарсан байгалийн усанд энэ бодис бага ч гэсэн орох нь манай гараг дээрх бүх ус хөлдөх аюулд хүргэж байгаа бөгөөд энэ нь эргээд бүх амьд биетийн үхэл гэсэн үг юм. Эцсийн эцэст ийм зүйл болдог.
Мөс IVболор торны метастабил (сул тогтвортой) тригональ формац юм. Түүний оршин тогтнох нь мөсний фазын орон зайд боломжтой юм III, ВТэгээд VIөөрчлөлтүүд. Мөс ав IV 8000 атм тогтмол даралтаар хасах 130°С-аас эхлээд бага багаар халаах замаар өндөр нягтралтай аморф мөс хийж болно.
Ромбогедр нэгж эсийн хэмжээ 7.60 Å, өнцөг α=β=γ = 70.1° байна. Эс нь 16 молекулыг агуулдаг; Молекулуудын хоорондох устөрөгчийн холбоо нь тэгш хэмтэй бус байдаг. 1 атм даралттай, хасах 163 хэмийн температурт IV мөсний нягт 1.27 г/см³ байна. O–O–O холболтын өнцөг: 88–128°.
Үүний нэгэн адил IVмөс үүсгэдэг мөсний төрөл XII– 8000 атм-ын ижил даралтаар, гэхдээ илүү өндөр хурдтайгаар хасах 196-аас хасах 90°С хүртэл өндөр нягтралтай аморф өөрчлөлтийг (доор дэлгэрэнгүй) халаах замаар.
Мөс XIIмөн фазын бүсэд метаставтай ВТэгээд VIталст төрөл. Энэ нь тетрагональ системийн нэг төрөл юм.
Нэгж эс нь 12 молекулыг агуулдаг бөгөөд тэдгээр нь 84-135 ° өнцгөөр устөрөгчийн бондоос болж талст торонд байрлаж, баруун гар талын хос мушгиа үүсгэдэг. Нүдний хэмжээсүүд: a=b = 8.27, c = 4.02 Å; өнцөг α=β=γ = 90º. Нягт Мөс XIIхэвийн атмосферийн даралт, хасах 146°C температурт 1.30 г/см³ байна. Устөрөгчийн холболтын өнцөг: 67-132 °.
Одоогоор олдсон усны мөсний өөрчлөлтүүдийн дотроос мөс нь хамгийн нарийн төвөгтэй талст бүтэцтэй байдаг В. 28 молекул нь түүний нэгж эсийг бүрдүүлдэг; Устөрөгчийн холбоо нь бусад молекулын нэгдлүүдийн цоорхойг хамардаг бөгөөд зарим молекулууд нь зөвхөн тодорхой нэгдлүүдтэй холбоо үүсгэдэг. Хөрш зэргэлдээх молекулуудын хоорондох устөрөгчийн бондын өнцөг нь маш их ялгаатай байдаг - 86-аас 132 ° хооронд байдаг тул мөсний болор торонд Вхүчтэй хурцадмал байдал, эрчим хүчний асар их нөөц бий.
Агаар мандлын хэвийн даралт, хасах 175°С температурын нөхцөлд эсийн параметрүүд: a= 9.22, b= 7.54, c= 10.35 Å; α=β = 90°, γ = 109.2°.
Мөс В 5000 атм орчим даралттай усыг хасах 20°С хүртэл хөргөхөд үүссэн моноклиник сорт юм. Кристал торны нягт нь 3500 атм даралтыг харгалзан үзвэл 1.24 г/см³ байна.
Мөсөн болор торны орон зайн диаграмм Втөрлийг харуулсан дүрслэл 18. Кристалын нэгж эсийн бүсийг саарал өнгийн тоймоор тодруулсан.
Мөсний бүтцэд протоны дараалсан байрлал Вмөс гэж нэрлэгддэг өөр төрөл зүйл болгодог XIII. Энэхүү моноклиник өөрчлөлтийг 5000 атм даралтыг бий болгож, фазын шилжилтийг хөнгөвчлөхийн тулд давсны хүчил (HCl) нэмээд хасах 143 хэмээс доош усыг хөргөх замаар олж авч болно. -аас буцах шилжилт XIII k төрөл Втөрөл нь хасах 193 ° C-аас хасах 153 ° C хүртэлх температурын мужид боломжтой.
Мөсний нэгж эсийн хэмжээ XIII-аас арай өөр Вөөрчлөлт: a= 9.24, b= 7.47, c= 10.30 Å; α=β = 90°, γ= 109.7° (1 атм, хасах 193°С). Эс дэх молекулуудын тоо ижил байна - 28. Устөрөгчийн холбоо барих өнцөг: 82–135°.
Манай нийтлэлийн дараагийн хэсэгт бид усны мөсний өөрчлөлтийн талаархи тоймыг үргэлжлүүлэх болно.
Манай блогын хуудсууд дээр уулзацгаая!
Усны нөхцөл.
Ус нь хатуу (мөс), шингэн (ус өөрөө), хий (усны уур) гэсэн гурван нийлмэл төлөвт эсвэл үе шаттай байж болно. Дэлхий дээр байгаа атмосферийн даралт ба температурын хязгаарыг харгалзан ус нь нэгэн зэрэг хуримтлагдах янз бүрийн төлөвт байх нь маш чухал юм. Энэ утгаараа ус нь байгалийн нөхцөлд ихэвчлэн хатуу (эрдэс, металл) эсвэл хий (O 2, N 2, CO 2 гэх мэт) төлөвт байдаг бусад физик бодисуудаас эрс ялгаатай байдаг.
Бодисын нийт төлөвийн өөрчлөлтийг фазын шилжилт гэж нэрлэдэг. Эдгээр тохиолдолд бодисын шинж чанар (жишээлбэл, нягтрал) огцом өөрчлөгддөг. Фазын шилжилтийг фазын шилжилтийн дулаан ("далд дулаан") гэж нэрлэдэг энерги ялгарах буюу шингээх үйл явц дагалддаг.
Усны нийт төлөвийн даралт ба температураас хамаарах хамаарлыг усны төлөвийн диаграмм буюу фазын диаграмаар илэрхийлнэ (Зураг 5.1.1.).
5.1.1-р зураг дээрх BB"O муруйг хайлах муруй гэж нэрлэдэг. Энэ муруйг зүүнээс баруун тийш дайран өнгөрөхөд хайлалт үүснэ.
Цагаан будаа. 5.1.1. Усны диаграм
I - VIII - мөсний янз бүрийн өөрчлөлтүүд
мөс, баруунаас зүүн тийш - мөс үүсэх (усны талстжилт). OK муруйг ууршилтын муруй гэж нэрлэдэг. Энэ муруйгаар өнгөрөхөд зүүнээс баруун тийш ус буцалж, баруунаас зүүн тийш усны уурын конденсаци ажиглагдаж байна. AO муруйг сублимацийн муруй буюу сублимацийн муруй гэж нэрлэдэг. Үүнийг зүүнээс баруун тийш гатлах үед мөсний ууршилт (сублимация), баруунаас зүүн тийш конденсац нь хатуу фаз руу (эсвэл сублимация) ордог.
O цэг дээр (гурвалсан цэг гэж нэрлэгддэг, 610 Па даралт ба 0.01 ° C буюу 273.16 К температурт) ус нь нэгтгэх гурван төлөвт нэгэн зэрэг байдаг.
Мөс хайлах (эсвэл ус талсжих) температурыг температур буюу хайлах цэг T pl. Энэ температурыг температур эсвэл хөлдөх цэгийн T дэд гэж нэрлэж болно.
Усны гадаргуугаас, мөс, цаснаас тодорхой тооны молекулууд байнга тасарч, агаарт зөөгдөж, усны уурын молекулуудыг үүсгэдэг. Үүний зэрэгцээ усны уурын зарим молекулууд ус, цас, мөсний гадаргуу руу буцаж ирдэг. Хэрэв эхний процесс давамгайлж байвал усны ууршилт, хоёр дахь процесс явбал усны уур конденсац болно. Эдгээр үйл явцын чиглэл, эрчмийг зохицуулагч нь чийгшлийн дутагдал юм - өгөгдсөн агаарын даралт, усны гадаргуугийн температур (цас, мөс) дэх орон зайг ханасан усны уурын уян хатан чанар ба усны уурын уян хатан байдлын ялгаа. үнэндээ агаарт агуулагддаг, өөрөөр хэлбэл. үнэмлэхүй чийгшилагаар. Агаар дахь ханасан усны уурын агууламж, түүний уян хатан чанар нь температур нэмэгдэх тусам (хэвийн даралттай үед) дараах байдлаар нэмэгддэг. O°C-ийн температурт ханасан усны уурын агууламж ба уян хатан чанар нь 4.856 г/м3 ба 6.1078 гПа, 20°С - 30.380 г/м3 ба 23.373 гПа, 40°С - 51.127 г/ байна. м3 ба 73.777 гПа.
Усны гадаргуугаас (мөс, цас), чийглэг хөрсөөс уурших нь ямар ч температурт явагддаг бөгөөд энэ нь илүү хүчтэй байх тусам чийгийн дутагдал их байдаг. Температур нэмэгдэхийн хэрээр орон зайд ханасан усны уурын уян хатан чанар нэмэгдэж, ууршилт хурдасдаг. Ууршилт ихсэх нь ууршилтын гадаргуу дээрх агаарын хөдөлгөөний хурд (өөрөөр хэлбэл байгалийн нөхцөлд салхины хурд) нэмэгдэж, босоо масс ба дулаан дамжуулалтын эрчмийг нэмэгдүүлдэг.
Хүчтэй ууршилт нь усны чөлөөт гадаргууг төдийгүй түүний зузааныг хамрах үед ууршилт үүсдэг. дотоод гадаргуубөмбөлөгүүд үүссэн, буцалгах процесс эхэлдэг. Ханасан усны уурын даралт нь гадаад даралттай тэнцүү байх температурыг температур буюу буцлах цэг T bp гэж нэрлэдэг.
Агаар мандлын хэвийн даралт (1.013 105 Па = 1.013 бар = 1 атм = 760 мм м.у.б) үед усны хөлдөх цэг (хайлах мөс) ба буцлах цэг (конденсац) нь Цельсийн хэмжүүрээр 0 ба 100 ° -тай тохирч байна.
Tzam хөлдөх цэг ба усны буцлах цэг нь даралтаас хамаарна (3.9.2-р зургийг үз). 610-аас 1.013 105 Па (эсвэл 1 атм) даралтын өөрчлөлтийн хүрээнд хөлдөх температур бага зэрэг буурдаг (0.01-ээс 0 ° C хүртэл), дараа нь даралт ойролцоогоор 6 107 Па (600 атм) хүртэл өсөхөд хөлдөх температур буурдаг. -5 ° C хүртэл, даралт 2.2 108 Па (2,200 атм) хүртэл өсөхөд Tdz -22 ° C хүртэл буурдаг. Цаашид даралт ихсэх тусам Tdz хурдацтай нэмэгдэж эхэлдэг. Маш өндөр даралтын үед мөсний тусгай "өөрчлөлт" (II-VIII) үүсдэг бөгөөд энэ нь ердийн мөсөөс (I I) шинж чанараараа ялгаатай байдаг.
Дэлхий дээрх бодит атмосферийн даралт дээр цэвэр усойролцоогоор 0 ° C температурт хөлддөг. Далайн хамгийн их гүнд (ойролцоогоор 11 км) даралт нь 108 Па буюу 1000 атм-аас хэтэрдэг (10 м тутамд гүн нэмэгдэх нь даралтыг ойролцоогоор 105 Па буюу 1-ээр нэмэгдүүлдэг) atm). Энэ даралтад цэвэр усны хөлдөх цэг нь -12 хэм орчим байх болно.
Усны хөлдөх цэгийг багасгахын тулд
түүний давсжилт нөлөөлдөг.
1.4). 10‰ тутамд давсжилт нэмэгдэх нь T-ийг ойролцоогоор 0.54°С-аар бууруулдаг.
Т орлогч = -0.054 С.
Буцлах цэг нь даралт буурах тусам буурдаг (3.9.2-р зургийг үз). Тиймээс уулсын өндөрт ус 100 ° С-аас бага температурт буцалгана. Даралт нэмэгдэхийн хэрээр T буцалгах нь "чухал цэг" гэж нэрлэгддэг p = 2.2 107 Па ба T буцалгах = 374 ° үед нэмэгддэг. C, ус нь нэгэн зэрэг шингэн ба хийн шинж чанартай байдаг.
Усны төлөв байдлын диаграмм нь усны хоёр "гажиг" -ыг харуулсан бөгөөд энэ нь зөвхөн дэлхий дээрх усны "зан төлөвт" шийдвэрлэх нөлөө үзүүлдэг төдийгүй, байгалийн нөхцөлгаригийг бүхэлд нь. Устөрөгчийн нэгдлүүд болох элементүүдтэй харьцуулахад тогтмол хүснэгтМенделеев хүчилтөрөгч - теллур Те, селен Se, хүхэр S-тэй адил усны хөлдөх, буцлах цэг нь ер бусын өндөр байдаг. Хөлдөх, буцалгах цэгүүд болон дурдсан бодисын массын тоо хоорондын байгалийн хамаарлыг авч үзвэл усны хөлдөх температур ойролцоогоор -90 ° C, буцлах температур нь -70 ° C байна. Хэвийн бус өндөр утгууд Хөлдөх, буцалгах температур нь дэлхий дээр хатуу болон шингэн төлөвт ус байх боломжийг урьдчилан тодорхойлж, дэлхий дээрх гол гидрологийн болон бусад байгалийн үйл явцыг тодорхойлох нөхцөл болдог.
Усны нягт
Нягт бол аливаа бодисын хамгийн чухал физик шинж чанар юм. Энэ нь нэгж эзэлхүүн дэх нэгэн төрлийн бодисын массыг илэрхийлнэ.
Энд m нь масс, V нь эзэлхүүн юм. Нягт p нь кг/м3 хэмжээтэй байна.
Усны нягт нь бусад бодисын нэгэн адил температур, даралтаас хамаардаг (мөн байгалийн усны хувьд ууссан болон нарийн тархсан түдгэлзүүлсэн хатуу бодисын агууламжаас хамаардаг) бөгөөд температур нэмэгдэхийн хэрээр усны нягтрал огцом өөрчлөгддөг Бусад аливаа бодис, температурын өөрчлөлтийн ихэнх мужид буурдаг бөгөөд энэ нь температур нэмэгдэхийн хэрээр молекулуудын хоорондын зай нэмэгдэхтэй холбоотой юм. Зөвхөн мөс хайлж, усыг 0-ээс 4 хэм хүртэл (илүү нарийвчлалтай 3.98 ° C) халаах үед энэ хэв маяг зөрчигддөг. Усны өөр хоёр маш чухал "анатомийг" энд тэмдэглэв: 1) хатуу төлөвт (мөс) усны нягт нь шингэн төлөвөөс (ус) бага байдаг бөгөөд энэ нь бусад бодисын дийлэнх хэсэгт тийм биш юм; 2) усны температурын 0-ээс 4 хэмийн хооронд усны нягт нь температур нэмэгдэх тусам буурахгүй, харин нэмэгддэг. Усны нягтын өөрчлөлтийн онцлог нь усны молекулын бүтцийн өөрчлөлттэй холбоотой юм. Усны эдгээр хоёр "гажиг" нь гидрологийн чухал ач холбогдолтой: мөс нь уснаас хөнгөн тул түүний гадаргуу дээр "хөвдөг"; 4 хэмээс доош температурт хөргөсөн цэвэр усны нягтрал багасч, гадаргуугийн давхаргад үлддэг тул усан сан нь ихэвчлэн ёроолд хөлддөггүй.
Мөсний нягт нь түүний бүтэц, температураас хамаарна. Сүвэрхэг мөсний нягт нь Хүснэгт 1.1-д зааснаас хамаагүй бага байж болно. Цасны нягтрал бүр ч бага. Шинээр унасан цас 80-140 кг/м3 нягттай, нягтаршсан цасны нягт аажмаар 140-300 (хайлж эхлэхээс өмнө) 240-350 (хайлж эхлэх үед), 300-450 кг/м3 болж нэмэгддэг. (хайлах төгсгөлд). Өтгөн нойтон цас нь 600-700 кг/м3 хүртэл нягттай байдаг. Хайлах үеийн цасан ширхгүүдийн нягт 400-600, нуранги цас 500-650 кг/м3. Мөс, цас хайлах үед үүссэн усны давхарга нь мөс эсвэл цасны давхаргын зузаан, нягтралаас хамаарна. Мөс эсвэл цасан дахь усны хэмжээ дараахь хэмжээтэй тэнцүү байна.
h in = ah l r l / r
Энд h l нь мөс эсвэл цасны давхаргын зузаан, r l нь тэдгээрийн нягт, p нь усны нягт ба h in ба h l хэмжээсийн харьцаагаар тодорхойлогддог үржүүлэгч юм: хэрэв усны давхаргыг мм-ээр илэрхийлсэн бол, мөн мөсний зузаан (цас) см, дараа нь a=10, ижил хэмжээтэй a=1.
Усны нягтрал нь түүнд ууссан бодисын агууламжаас хамаарч өөрчлөгдөж, давсжилт нэмэгдэх тусам нэмэгддэг (Зураг 1.5). Хэвийн даралттай далайн усны нягт 1025-1033 кг/м3 хүрч болно.
Агаар мандлын даралт дахь усны нягтралд температур ба давсжилтын хосолсон нөлөөг далайн усны төлөв байдлын тэгшитгэл гэж нэрлэдэг. Ийм тэгшитгэлийг хамгийн энгийн шугаман хэлбэрээр дараах байдлаар бичнэ.
p = p o (1 - α 1 T + α 2 S)
Энд T нь усны температур, °C, S нь усны давсжилт, ‰, p o нь T = 0 ба S = 0 дахь усны нягт, α 1 ба α 2 үзүүлэлтүүд юм.
Давсжилт ихсэх нь томъёоны дагуу хамгийн их нягтралтай (°C) температур буурахад хүргэдэг.
T max.pl = 4 - 0.215 S.
Цагаан будаа. 5.2.1. Агаар мандлын хэвийн даралт дахь усны нягтын усны температур, давсжилтаас хамаарах хамаарал.
Давсжилтын 10‰ тутамд нэмэгдэх нь Tmax-ийг ойролцоогоор 2°С-аар бууруулдаг. Хамгийн их нягтын температур ба хөлдөх температурын усны давсжилтаас хамаарлыг Хелланд-Хансений график гэж нэрлэнэ (Зураг 3.10.1.) .
Хамгийн их нягтрал ба хөлдөлтийн температурын хоорондын хамаарал нь усны хөргөлтийн үйл явц ба босоо конвекцийн шинж чанарт нөлөөлдөг - нягтралын зөрүүгээс үүссэн холилдох. Агаартай дулаан солилцооны үр дүнд ус хөргөх нь усны нягтрал нэмэгдэж, улмаар нягт усны түвшин буурахад хүргэдэг. Түүний оронд дулаан, нягтрал багатай ус нэмэгддэг. Босоо нягтын конвекцийн процесс явагдана. Гэсэн хэдий ч 24.7‰-ээс бага давсжилттай цэнгэг болон шорвог усны хувьд энэ процесс ус хамгийн их нягтын температурт хүрэх хүртэл үргэлжилнэ (1.4-р зургийг үз). Усны цаашдын хөргөлт нь түүний нягтрал буурахад хүргэдэг бөгөөд босоо конвекц зогсдог. S>24.7‰-ийн давстай ус хөлдөх хүртэл босоо конвекцэд ордог.
Тиймээс өвлийн улиралд цэнгэг эсвэл шорвог усанд, ёроолын ойролцоох давхрагад усны температур гадаргаас өндөр байдаг бөгөөд Хелланд-Хансений графикийн дагуу хөлдөх температураас үргэлж өндөр байдаг. Энэ нөхцөл байдал нь гүн дэх усны биет дэх амьдралыг хадгалахад чухал ач холбогдолтой юм. Хэрэв ус нь бусад шингэнтэй адил хамгийн их нягтралтай, хөлдөх температуртай байсан бол усан сангууд ёроол хүртэл хөлдөж, ихэнх организмын зайлшгүй үхэлд хүргэж болзошгүй юм.
Температурын өөрчлөлтөөр усны нягтын "гажиг" өөрчлөлт нь усны эзлэхүүн дэх ижил "хэвийн бус" өөрчлөлтийг дагуулдаг: температур 0-ээс 4 хэм хүртэл нэмэгдэхэд эзэлхүүн нь химийн шинж чанартай байдаг. цэвэр усбуурч, зөвхөн температур нэмэгдэх тусам нэмэгддэг; мөсний хэмжээ нь ижил масстай усны эзэлхүүнээс үргэлж мэдэгдэхүйц их байдаг (ус хөлдөх үед хоолой хэрхэн хагардагийг санаарай).
Температур өөрчлөгдөхөд усны эзэлхүүний өөрчлөлтийг томъёогоор илэрхийлж болно
V T1 = V T2 (1 + β DT)
Энд V T1 нь T1 температур дахь усны эзэлхүүн, V T2 нь T2 дахь усны эзэлхүүн, β нь 0-ээс 4 хэм хүртэлх температурт сөрөг утгыг, эерэг утгыг авдаг эзэлхүүний тэлэлтийн коэффициент юм. усны температур 4 хэмээс дээш ба 0 хэмээс бага ( мөс) (хүснэгт 1.1-ийг үз),
Даралт нь усны нягтралд тодорхой хэмжээгээр нөлөөлдөг. Усны шахалт маш бага боловч далайн гүнд энэ нь усны нягтралд нөлөөлсөн хэвээр байна. 1000 м гүн тутамд усны баганын даралтын нөлөөгөөр нягтрал 4.5-4.9 кг/м3-аар нэмэгддэг. Тиймээс далайн хамгийн их гүнд (ойролцоогоор 11 км) усны нягт гадаргаас ойролцоогоор 48 кг/м3, S = 35‰ үед 1076 кг/м3 орчим байх болно. Хэрэв ус бүрэн шахагдах боломжгүй байсан бол дэлхийн далай тэнгисийн түвшин бодит байдлаас 30 м өндөр байх байсан. Усны бага шахалт нь байгалийн усны хөдөлгөөний гидродинамик шинжилгээг ихээхэн хялбаршуулах боломжийг олгодог.
Нарийн түдгэлзүүлсэн хурдас нь усны физик шинж чанар, ялангуяа нягтралд үзүүлэх нөлөөг хараахан хангалттай судлаагүй байна. Ус ба тунадасыг тусад нь авч үзэх боломжгүй болсон үед усны нягтралд зөвхөн маш нарийн түдгэлзүүлсэн бодисууд онцгой өндөр концентрацитай үед нөлөөлж болно гэж үздэг. Тиймээс зөвхөн 20-30% ус агуулсан зарим төрлийн шавар нь нягтрал ихтэй шаварлаг уусмал юм. Нягтшилд жижиг хурдас нөлөөлж байгаагийн өөр нэг жишээ бол Шар тэнгисийн булан руу урсдаг Шар мөрний ус юм. Нарийн тунадасны маш өндөр агууламжтай (220 кг/м3 хүртэл) шаварлаг голын усны нягт нь 2-2,5 кг/м3-аас их байдаг. далайн ус(бодит давсжилт ба температурын нягтрал нь ойролцоогоор 1018 кг / м3). Тиймээс тэд гүн рүү "шумбаж", далайн ёроолын дагуу доошилж, "өтгөн" эсвэл "булингартай" урсгал үүсгэдэг.
Физик химийн хувьд систем гэдэг нь материаллаг ертөнцөөс тусгаарлагдсан, хүрээлэн буй орчноос тусгаарладаг тодорхой хил хязгаартай бие буюу биетүүдийн бүлэг юм. Системүүд байж болно нэгэн төрлийнТэгээд нэг төрлийн бус. Параметр бүр өөрийн бүх хэсэгт ижил утгатай эсвэл цэгээс цэг рүү тасралтгүй өөрчлөгдөж байвал систем нь нэгэн төрлийн байна. Жишээлбэл, нэрмэл ус (ямар ч саванд) нэг төрлийн систем юм, учир нь энэ усны бүх шинж чанар нь аль ч үед ижил (нягтрал, цахилгаан дамжуулалт, дулаан дамжуулалт гэх мэт) эсвэл голын төвөөс байнга өөрчлөгддөг. системийг түүний хил хязгаар хүртэл (жишээлбэл, температур) . Нэг төрлийн системд хий, молекул ба ионы уусмалын холимог орно.
Нэг төрлийн бус систем нь бие биенээсээ харагдах интерфейсээр тусгаарлагдсан хэд хэдэн макроскоп хэсгээс бүрдэнэ. Эдгээр гадаргуу дээр зарим параметрүүд огцом өөрчлөгддөг. Хэрэв та усан доторх ямар нэгэн давсны ханасан уусмал үүсгэдэг бөгөөд энэ нь савны ёроолд хатуу давс байдаг бол ийм "уусмал + хатуу давс" систем нь нэг төрлийн бус байна. Энэ жишээнд химийн найрлага, нягт нь интерфэйс дээр огцом өөрчлөгддөг. Бусад хэсгүүдээс харагдахуйц интерфейсээр тусгаарлагдсан системийн нэгэн төрлийн хэсгүүдийг нэрлэдэг үе шатууд. Жишээлбэл, ханасан уусмал дахь давсны талстуудын цуглуулга нь нэг үе шатыг бүрдүүлдэг бөгөөд хатуу давсны дээрх уусмал нь өөр үеийг бүрдүүлдэг.
Системийн төлөвийг түүний шинж чанарууд (эсвэл фазын шинж чанарууд) - температур, даралт, масс, нягт, химийн найрлага, түүнчлэн эдгээр шинж чанаруудын өөрчлөлтүүдийн хоорондын холбоо.
Системээс тусгаарлагдаж, түүний гадна орших бодис бүрийг бүрдүүлэгч бодис гэнэ. Натрийн хлоридын усан уусмалд найрлага дахь бодисууд нь H 2 O ба NaCl байж болно, гэхдээ Na + ба Cl - ионууд биш, учир нь тэдгээр нь уусмалаас гадуур байх боломжгүй юм.
Системийн чухал шинж чанар бол системийн үе шат бүрийн найрлагыг тусад нь тайлбарлаж болох хамгийн бага тооны бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн тоо гэж ойлгогддог бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн тоо (k) юм.
Хэрэв систем гоожихгүй бол химийн урвал, бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн тоо нь бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн тоотой тэнцүү байна. Жишээлбэл, хийн гели, устөрөгч, аргоны нэг фазын системд бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн тоо нь бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн тоотой тэнцүү байна, өөрөөр хэлбэл. Гурав, учир нь эдгээр хийн хооронд урвал явагдах боломжгүй.
Бүрэлдэхүүн хэсгүүд нь хоорондоо харилцан үйлчлэх чадвартай системд бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн тоо нь бүрдүүлэгч бодисын тооноос үргэлж бага байдаг. Жишээлбэл, устөрөгч ба иодын хий нь урвалд орж, устөрөгчийн иодид хий үүсгэдэг. Энэ системд
H 2 (г) + I 2 (г) = 2HL (г)
Тэнцвэрт байгаа бодисуудын концентрацийг тэгшитгэлээр холбоно
2 / = K,
Энд K нь өгөгдсөн температурт тодорхой утгатай тэнцвэрийн тогтмол юм. Энэ тохиолдолд тэнцвэрийн системийн найрлагыг тодорхойлохын тулд гурав дахь бодисын концентрацийг тэгшитгэлээр тодорхойлдог тул хоёр бүрэлдэхүүн хэсгийн концентрацийг мэдэхэд хангалттай. Өөрөөр хэлбэл, систем нь хоёр бүрэлдэхүүн хэсэгтэй. Ерөнхий тохиолдолд бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн тоо нь тэнцвэрийн систем дэх эдгээр бодисын концентрацитай холбоотой тэгшитгэлийн тоог хассантай тэнцүү байна.
Системийг тайлбарлахын тулд өөр нэг параметр хэрэгтэй - бүхий эрх чөлөөний зэрэглэлийн тоо, энэ нь системийн термодинамикийн тэнцвэрийн төлөвийг тодорхойлдог бие даасан хувьсагчдын тоо (температур, даралт, бүрдүүлэгч бодисын концентраци) гэсэн үг юм. Эдгээр хувьсагчийн утгыг систем дэх фазын тоо, төрлийг өөрчлөхгүйгээр тодорхой хязгаарт дур мэдэн өөрчилж болно. Эрх чөлөөний зэрэглэлийн тоон дээр үндэслэн системийг инвариант гэж нэрлэдэг бөгөөд үүнд эрх чөлөөний зэрэг нь тэг, моновариант - нэг зэрэгтэй, хоёр хувьсагч - хоёр гэх мэт.
1876 онд Гиббс нэгэн төрлийн ба гетероген системүүдийн тэнцвэрт байдлын бүх тохиолдлыг хамарсан фазын дүрмийг боловсруулсан. Энэ дүрэмд: Зөвхөн гадаад хүчин зүйлийн даралт, температурын нөлөөлөлд өртдөг термодинамикийн тэнцвэрт системийн чөлөөт байдлын c зэрэг нь системийн бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн тоо k дээр 2, фазын тоог хассантай тэнцүү байна. е, өөрөөр хэлбэл
c = k + 2 - f
Фазын диаграм нь даралт, температур гэх мэт гадаад нөхцөл байдлаас хамааран янз бүрийн фазын оршин тогтнох бүс нутгийг дүрслэн харуулах арга юм.
Усны фазын диаграмм нь нэг бүрэлдэхүүн хэсэг H 2 O бүхий систем тул тэнцвэрт байдалд нэгэн зэрэг байж болох хамгийн олон тооны фаз нь гурван байна. Эдгээр гурван үе шат нь шингэн, мөс, уур юм. Энэ тохиолдолд эрх чөлөөний зэрэглэлийн тоо тэг байна, i.e. Ямар ч үе шат алга болохгүйгээр даралт, температурыг өөрчлөх боломжгүй. Энгийн мөс, шингэн ус, усны уур нь зөвхөн 0.61 кПа даралт, 0.0075 ° C температурт нэгэн зэрэг тэнцвэрт байдалд байж болно. Гурван фаз зэрэгцэн орших цэгийг гурвалсан цэг гэж нэрлэдэг ( О).
Муруй OSуур, шингэний бүсийг ялгаж, ханасан усны уурын даралтын температураас хамаарах хамаарлыг илэрхийлнэ. OC муруй нь шингэн ус ба усны уур бие биетэйгээ тэнцвэртэй байх температур ба даралтын харилцан хамааралтай утгыг харуулдаг тул үүнийг шингэн уурын тэнцвэрийн муруй буюу буцлах муруй гэж нэрлэдэг.
Муруй ОБшингэн бүсийг мөсөн бүсээс тусгаарладаг. Энэ нь хатуу шингэний тэнцвэрийн муруй бөгөөд хайлах муруй гэж нэрлэгддэг. Энэ муруй нь мөс ба шингэн усны тэнцвэрт байдалд байгаа температур, даралтын харилцан хамааралтай хос хосуудыг харуулдаг.
Муруй О.А.сублимацийн муруй гэж нэрлэгддэг ба мөс ба усны уур тэнцвэрт байдалд байгаа даралт ба температурын харилцан хамааралтай хос хосыг харуулдаг.
