Фазова діаграма води

  1. Елементи фазової діаграми
  2. Крива сублімації льоду
  3. Крива плавлення льоду Ih
  4. Крива плавлення льоду III
  5. Крива плавлення льоду V
  6. Крива плавлення льоду VI
  7. Крива плавлення льоду VII
  8. Крива насичення водяної пари
  9. Див. також
  10. література

Фазова діаграма води - графічне відображення рівноважного стану фаз води ( рідини , водяного пара і різних модифікацій льоду ). Будується в системі координат температура - тиск .

Елементи фазової діаграми

потрійні точки

№ Фази Тиск Температура Примітка МПа ° C K 1 Пар Вода лід Ih 611,657 Па 0,01 273,16

[1]

2 Пар Лід Ih лід XI 0 -201,0 72,15

[2] [3] [4]

3 Вода Лід Ih лід III 209,9 -21,985 251,165

[5] [6]

4 Лід Ih лід II Лід III 212,9 -34,7 238,45 [5] [6] [7] 5 Лід II Лід III лід V 344,3 -24,3 248,85 [5] [6] 6 Лід II лід VI лід XV ~ 800 -143 130 Для D2O [8] 7 Вода Лід III Лід V 350,1 -16,986 256,164 [5] [6] 8 Вода лід IV лід XII ~ 500-600 ~ -6 ~ 267

[9]

9 Лід II Лід V лід VI ~ 620 ~ -55 ~ 218 [10] 10 Вода Лід V Лід VI 632,4 0.16 273,32 [5] [6] 11 Лід VI лід VIII Лід XV ~ 1500 -143 130 Для D2O [8] 12 Лід VI лід VII Лід VIII 2100 ~ 5 ~ 278 [11] [12] 13 Вода Лід VI Лід VII 2216 81,85 355 [5] [6] 14 Лід VII Лід VIII лід X 62 000 -173 100 [13] 15 Вода Лід VII Лід X 47 000 ~ 727 ~ 1000 [14] [15]

Крива сублімації льоду

крива сублімації льоду починається в точці (0 Па; 0 K) і закінчується в потрійний точці води (611,657 Па; 273,16 K). На цій ділянці при зниженні температури тиск сублімації падає експоненціально і при вже температурі 130 K становить незначну величину (10-8 Па).

З хорошою точністю тиск сублімації на цій ділянці описується експонентою

Фазова діаграма води - графічне відображення рівноважного стану фаз води ( рідини , водяного пара і різних модифікацій льоду )

де

де

Помилка цієї формули - не більше 1% в діапазоні температур 240-273,16 K і не більше 2,5% діапазоні температур 140-240 K.

Більш точно крива сублімації описується формулою, рекомендованою IAPWS (Англ.) Рос. ( англ. International Association for the Properties of Water and Steam - Міжнародна асоціація з вивчення властивостей води і пари) [16] :

де

де

Крива плавлення льоду Ih

крива плавлення льоду Ih (Тобто звичайного льоду) на фазовій діаграмі в області низьких тисків є в практично вертикальну пряму. Так, при переході від потрійної точки (611 Па) до атмосферного тиску (101 кПа) температура плавлення падає всього на 0,008 K (з 273,16 до 273,15 K). Тиск, необхідне для зниження температури плавлення на 1 K становить близько 132 атм. Крива плавлення по горизонтальній осі займає діапазон температур 251,165-273,16 K (-21,985 ... 0,01 ° C). Мінімальна температура плавлення (-21,985 ° С) досягається при тиску 208,566 МПа (2058 атм).

Крива плавлення льоду Ih - єдиний фазовий перехід, пов'язаний зі зміною агрегатного стану води, який має зворотний нахил (при збільшенні тиску температура плавлення зменшується). Ця обставина (відповідно до принципу ле Шательє) пояснюється тим, що лід Ih має меншу щільність у порівнянні з водою при тому ж тиску. Всі інші модифікації льоду важча за воду, їх температура плавлення при підвищенні тиску збільшується.

Крива плавлення описується формулою, рекомендованою IAPWS [16] :

Крива плавлення описується формулою, рекомендованою IAPWS [16] :

де

де

Крива плавлення льоду III

Крива плавлення льоду III починається в точці мінімальної температури затвердіння води (251,165 K; 208,566 МПа), де звичайний лід перетворюється в структурну модифікацію III, і закінчується в точці (256,164 K; 350,1 МПа), де проходить межа фаз III і V.

Крива плавлення описується формулою, рекомендованою IAPWS [16] :

де

де

Крива плавлення льоду V

Крива плавлення льоду V починається в точці (256,164 K; 350,1 МПа), на кордоні фаз III і V, і закінчується в точці (273,31 K; 632,4 МПа), де проходить межа фаз V і VI.

Крива плавлення описується формулою, рекомендованою IAPWS [16] :

де

де

Крива плавлення льоду VI

Крива плавлення льоду VI починається в точці (273,31 K; 632,4 МПа), на кордоні фаз V і VI, і закінчується в точці (355 K; 2216 МПа), де проходить межа фаз VI і VII.

Крива плавлення описується формулою, рекомендованою IAPWS [16] :

де

де

Крива плавлення льоду VII

Крива плавлення льоду VII починається в точці (355 K; 2216 МПа), на кордоні фаз VI і VII, і закінчується в точці (715 K; 20,6 ГПа), де проходить межа фази VII.

Крива плавлення описується формулою, рекомендованою IAPWS [16] :

де

де

Крива насичення водяної пари

Крива насичення водяної пари починається в потрійний точці води (273,16 K; 611,657 Па) і закінчується в критичній точці (647,096 К; 22,064 МПа). Вона показує температуру кипіння води при вказаного тиску або, що те ж саме, тиск насиченої водяної пари при вказаній температурі. У критичній точці щільність водяної пари досягає щільності води і, таким чином, відмінність між цими агрегатними станами зникає.

Згідно з рекомендаціями IAPWS, лінія насичення представляється у вигляді неявного квадратного рівняння щодо нормованої температури θ і нормованого тиску β [17] :

де

де

Для заданого абсолютного значення температури T обчислюється нормоване значення θ і коефіцієнти квадратного рівняння

Для заданого абсолютного значення температури T обчислюється нормоване значення θ і коефіцієнти квадратного рівняння

після чого знаходиться значення β

після чого знаходиться значення β

і абсолютне значення тиску:

і абсолютне значення тиску:

Тиск насиченої водяної пари (кПа) при різних температурах

T ° C 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 0,6112 0,6571 0,7060 0,7581 0,8135 0,8726 0,9354 1,002 1,073 1,148 10 1,228 1,313 1,403 1,498 1,599 1,706 1,819 1,938 2,065 2,198 20 2,339 2,488 2,645 2,811 2,986 3,170 3,364 3,568 3,783 4,009 30 4,247 4,497 4,759 5,035 5,325 5,629 5,947 6,282 6,632 7,000 40 7,384 7,787 8,209 8,650 9,112 9,594 10,10 10,63 11,18 11,75 50 12,35 12,98 13,63 14,31 15,02 15,76 16,53 17,33 18,17 19,04 60 19,95 20,89 21,87 22,88 23,94 25,04 26,18 27,37 28,60 29 , 88 70 31,20 32,57 34,00 35,48 37,01 38,60 40,24 41,94 43,70 45,53 80 47,41 49,37 51,39 53,48 55,64 57 , 87 60,17 62,56 65,02 67,56 90 70,18 72,89 75,68 78,57 81,54 84,61 87,77 91,03 94,39 97,85 100 101,4

Див. також

посилання

Примітки

  1. ↑ LAGuildner, DP Johnson, and FE Jones Vapor pressure of water at its triple point (англ.) // J. Res. Nat. Bur. Stand. . - 1976. - Vol. 80A. - P. 505-521.
  2. ↑ MJ Francis, N. Gulati and RM Pashley The dispersion of natural oils in de-gassed water (англ.) // J. Colloid Interface Sci. . - 2006. - Vol. 299. - P. 673-677.
  3. ↑ RM Pashley, M. Rzechowicz, LR Pashley and MJ Francis De-gassed water Is a better cleaning agent (англ.) // J. Phys. Chem. . - 2005. - Vol. 109. - P. 1231-1238.
  4. ↑ RM Pashley, MJ Francis and M. Rzechowicz The hydrophobicity of non-aqueous liquids and their dispersion in water under de-gassed conditions (англ.) // Curr. Opin. Colloid Interface Sci. . - 2008. - Vol. 13. - P. 236-244.
  5. ↑ 1 2 3 4 5 6 Release on the pressure along the melting and the sublimation curves of ordinary water substance . IAPWS, 1993.
  6. ↑ 1 2 3 4 5 6 PW Bridgman Water, in the liquid and five solid forms, under pressure . Proc. Am. Acad. Arts Sci. 47, 1912, 439-558.
  7. ↑ JLF Abascal, E. Sanz, RG Fernández, and C. Vega A potential model for the study of ices and amorphous water: TIP4P / Ice . J. Chem. Phys. 122 (2005) 234511.
  8. ↑ 1 2 CG Salzmann, PG Radaelli, E. Mayer and JL Finney Ice XV: a new thermodynamically stable phase of ice . arXiv: 0906.2489v1, cond-mat.mtrl-sci (2009).
  9. ↑ EA Zheligovskaya, GG Malenkov Crystalline water ices . Russian Chem. Rev. 75 (2006) 57-76.
  10. ↑ L. Mercury, P. Vieillard and Y. Tardy Thermodynamics of ice polymorphs and `ice-like 'water in hydrates and hydroxides . Appl. Geochem. 16 (2001) 161-181.
  11. ↑ D. Eisenberg and W. Kauzmann The structure and properties of water . Oxford University Press, London, 1969.
  12. ↑ L. Pauling The structure of water. В кн .: Hydrogen bonding, Ed. D. Hadzi and HW Thompson, Pergamon Press Ltd, London, 1959, pp 1-6.
  13. ↑ M. Song, H. Yamawaki, H. Fujihisa, M. Sakashita and K. Aoki Infrared investigation on ice VIII and the phase diagram of dense ices . Phys. Rev. B 68 (2003) 014106.
  14. ↑ B. Schwager, L. Chudinovskikh, A. Gavriliuk and R. Boehler Melting curve of H2O to 90 GPa measured in a laser-heated diamond cell . J. Phys: Condens. Matter 16 (2004) S1177-S1179.]
  15. ↑ AF Goncharov, N. Goldman, LE Fried, JC Crowhurst, IF. W. Kuo, CJ Mundy and JM Zaug Dynamic ionization of water under extreme conditions . Phys. Rev. Lett. 94 (2005) 125508.
  16. ↑ 1 2 3 4 5 6 Revised Release on the Pressure along the Melting and Sublimation Curves of Ordinary Water Substance . The International Association for the Properties of Water and Steam. Berlin, Germany, September 2008.
  17. ↑ Рівняння лінії насичення : Александров А.А, Орлов К. А., Очок В. Ф. Теплофізичні властивості робочих речовин теплоенергетики: Інтернет-довідник. - М .: Видавничий дім МЕІ. 2009.

література

  • JL Aragones, MM Conde, EG Noya, C. Vega The phase diagram of water at high pressures as obtained by computer simulations of the TIP4P / 2005 model: the appearance of a plastic crystal phase (англ.) // Phys. Chem. Chem. Phys. . - 2009. - № 11. - P. 543-555.
  • C. Vega, JLF Abascal, MM Conde and JL Aragones What ice can teach us about water interactions: a critical comparison of the performance of different water models (англ.) // Faraday Discussions. - 2009. - Vol. 141. - P. 251-276.
  • CG Salzmann, I. Kohl, T. Loerting, E. Mayer and A. Hallbrucker Pure ices IV and XII from high-density amorphous ice (англ.) // Can. J. Phys. . - 2003. - Vol. 81. - P. 25-32.
  • Александров А.А, Орлов К.А., Очок В.Ф. Теплофізичні властивості робочих речовин теплоенергетики: Інтернет-довідник . М .: Видавничий дім МЕІ (2009). Читальний зал з першоджерела 26 травня 2012 року Перевірено 25 вересня 2010 року.
  • Jana Kalovaa and Radim Maresb Equations for the Thermodynamic Properties at the Saturation Line in the Supercooled Water Region (англ.) // ICPWS XV: Preprint. - Berlin, September 8-11, 2008. - P. 1-5.
  • W. Wagner, A. Saul, A. Pruβ International Equations for the Pressure along the Melting and along the Sublimation Curve of Ordinary Water Substance (англ.) // J. Phys. Chem. Ref. Data: Preprint. - 1994. - Vol. 23. - № 3. - P. 515-527.
  • Percy W. Bridgman General survey of certain results in the field of high-pressure physics (Англ.): Nobel Lecture. - December 11, 1946.