Аномальные жидкости свойства воды

Многие физические свойства веществ с водородной связью выпадают из общего хода их изменения в ряду аналогов. Так, летучесть ассоциированных жидкостей аномально мала, а вязкость, диэлектрическая постоянная, теплота парообразования, температура кипения аномально повышены. На рис. 68 представлена зависимость температур плавления и кипения в ряду Н2О—НгЗ—НгЗе—НгТе от молекулярной массы соединений. В рассматриваемом ряду с ростом молекулярной массы обе характеристики закономерно увеличиваются. Резкое отличие свойств воды от свойств ее аналогов обусловлено увеличением средней молекулярной массы агрегатов (Н20) за счет ассоциации молекул Н2О вследствие образования водородных связей. Если бы вода не была ассоциированной жидкостью, она имела бы температуру плавления не [c.140]

А. м. воды объясняют аномальное изменение плотности воды при повышении температуры от О до 4° С и другие изменения свойств жидкостей и растворов. [c.33]

Свойства воды интересуют научных работников различных специальностей — физиков, химиков, биологов, геологов До настоящего времени не разработана теория жидкого состояния II нет теории, объясняющей удивительные свойства воды, которые обычно классифицируются как аномальные по сравнению с аналогичными свойствами простых жидкостей. Именно этим свойствам обязаны многие геологические особенности Земли и сама жизнь Настоящая монография является первой книгой на русском языке, где систематически рассмотрены свойства молекулы Н2О, свойства пара, свойства различных кристаллов Н2О и свойства воды в жидком состоянии. Одна на глав книги посвящена природе водородной связи, которая наряду с особенностями структуры молекулы воды определяет свойства этой жидкости. [c.2]

Предлагаемая вниманию читателя книга подготовлена коллективом авторов из Москвы, Казани и Киева. В ней освещено современное состояние наших знаний о физикохимических свойствах и структуре воды как аномальной жидкости, состоянии воды в растении и его термодинамических показателях, водообмене клеток и его регуляции, транспорте воды в растениях, влиянии водного режима на метаболизм и продуктивность растений, экологии водообмена растений, почве как среде водоснабжения растений, [c.3]

Совокупность экспериментальных данных о термодинамических свойствах растворов органических соединений свидетельствуют о том, что изменения свойств воды вокруг органических молекул и их отдельных атомных групп затрагивают одну или, как максимум, две координационные сферы. Это заключение справедливо как для заряженных, так и для полярных и гидрофобных молекул и атомных групп. Свойства воды в пределах этого объема (гидратной оболочки) существенным образом зависят от типа атомной группы. Наиболее сильные изменения свойств воды наблюдаются в гидратных оболочках заряженных атомных групп. При этом происходит полная потеря присущих объемной воде аномальных свойств, таких, как немонотонные и нелинейные температурные зависимости плотности и сжимаемости, наличие большого структурного вклада в сжимаемость и др. В гидратной оболочке сближенных полярных атомных групп свойства воды также приближаются к свойствам нормальных жидкостей, однако в отличие от заряженных атомных групп эффект нормализации выражен гораздо слабее. Наименьшее воздействие на воду оказывают одиночные полярные группы, свойства воды в гидратной оболочке этих групп близки к свойствам чистой воды. Характеристики гидратных оболочек гидрофобных атомных групп значительно отличаются [c.62]

В ряде отношений вода является аномальной жидкостью. Приведите три ее свойства, подтверждающие это утверждение, и объясните причины отклонений. [c.383]

Уже давно было известно, что вода принадлежит к классу так называемых аномальных жидкостей. Ее свойства существенно отличаются от свойств нормальных жидкостей, состоящих из одноатомных или многоатомных сферически симметричных молекул. Отклонение поведения воды от нормального с несомненностью указывает, что молекулы НгО в жидкой воде связаны между собой и что в некотором смысле происходит их ассоциация. Еще в 1892 г. Рентген предположил, что связанные молекулы жидкой воды можно рассматривать [c.36]

Известны эксперименты [23], в которых, как считают их авторы, в результате осаждения водяных паров на кварцевую подложку в вакууме образовывалась модификация жидкости, имеющая гораздо большую вязкость, чем обычная вода (так называемая модифицированная вода). Это предположение было опровергнуто [24а, 246]. Было установлено, что аномальные свойства воды объясняются присутствием в вО Де кварца, который в особых условиях этого экоперимента имеет необычно высокую растворимость. [c.122]

В особых случаях гидравлические испытания могут проводиться на нагретой и горячей воде и на любой жидкости с заданными свойствами (в том числе на аномальной), жидкости со взвесями. Жидко-твердой и твердо-жидкой смеси при заданном интервале температур. [c.138]

Свойства воды. Чистая вода прозрачна и бесцветна. Она не имеет ни запаха, ни вкуса вкус питьевой воде обычно придают растворенные в ней вещества. Вода обладает некоторыми физическими свойствами, отличающими ее от других жидкостей. Аномально высокая температура кипения воды в ряду соединений НгО, НгЗ, НгЗе, НгТе уже рассматривалась ранее (см. стр. 109). Хорошо известно, что вода при замерзании не сжимается, как большинство других жидкостей, а расширяется. По этой причине плотность льда меньше плотности воды, и он плавает на ее поверхности. Это свойство воды имеет исключительно важное значение для флоры и фауны водоемов. Если бы плотность льда была выше плотности воды, то водоемы промерзали бы до дна, что создавало бы крайне неблагоприятные условия для живых организмов. [c.260]

Вода, однако, проявляет ряд аномальных термодинамических свойств даже в сравнении с этими жидкостями. Подробно термодинамические характеристики воды обсуждаются в монографиях [1—3]. Здесь напомним только самое существенное (табл. I. 1). [c.7]

Вероятность некоторых предпочтительных состояний, природу которых в настоящее время трудно определить из данных спектроскопического анализа, во многом зависит от степени согласованности сил, участвующих в образовании водородных связей в жидкости. Очевидно, существование таких состояний может быть причиной некоторых аномальных свойств воды, особенно в температурном интервале 34—40° [66—68]. Следует, однако, отметить вслед за Самойловым [69], что минимум на кривой теплоемкости ( 35°) нельзя считать неожиданным для воды, поскольку ртуть характеризуется аналогичной аномалией. [c.21]

Физические свойства. Чистая вода представляет собой прозрачную бесцветную жидкость с плотностью 1 г/см . Плотность воды при переходе из твердого состояния в жидкое (О °С) не изменяется, как у большинства веществ, а возрастает. При дальнейшем нагревании от О до 4 °С плотность воды также увеличивается и при 4 °С плотность максимальна. При более высоких температурах она уменьшается. Теплоемкость воды аномально велика 4,2 кДж/кг-К, благодаря этому свойству вода является как бы температурным регулятором Земли. [c.19]

Многие важные и интересные химические факты, включая аномальные свойства воды и строение белков, объясняются образованием водородных связей. Несомненно, наиболее удивительной из большинства важных неорганических систем является жидкая вода. Ее уникальные свойства, например высокие температуры плавления и кипения, необычно высокая теплоемкость, уменьшение молярного объема при плавлении и последующее сжатие между О и 4°, обусловлены непосредственно упорядоченной структурой с водородными связями, рассмотренной подробно на стр. 112 и 309. Характеристикой водородных связей в различных соединениях являются данные по протонному магнитному резонансу, приведенные в табл. 34. Наиболее существенны различия в химических сдвигах в жидком и газообразном состояниях. Для перечисленных в этой таблице насыщенных углеводородов эти различия сравнительно малы. Однако для Н2О и особенно для НР различия между данными для газа и жидкости очень велики. Для остальных соединений, приведенных в табл. 34, величина фазового эффекта сим- [c.175]

Плотность жидкостей и газов зависит от температуры и давления. Все жидкости, кроме воды, характеризуются уменьшением плотности с ростом температуры. Плотность воды максимальна при Г = 4 °С и уменьшается как с уменьшением, так и увеличением температуры от этого значения. В этом проявляется одно из аномальных свойств воды. В табл. 1.1 приведены значения плотности воды при нормальном атмосферном давлении и различных температурах. [c.9]

Водные растворы имеют сложное строение. Поведение жидкой воды в них аномально ее свойства, определенные путем интерполяции свойств соседних по периодической таблице гидридов, сильно отличаются от действительных параметров. Например, точки плавления и кипения в соответствии с указанной интерполяцией должны иметь значения —43° и —11° С соответственно. Молекулярное взаимодействие (водородные связи) характеризуется ближним порядком в жидкости, что и отражается в аномальности свойств. В жидкости сохраняются некоторые кристаллические структуры льда, правда, в более плотной форме. В этом отношении вода в данном случае ведет себя подобно алмазу, кремнию и германию, поскольку в каждом из этих случаев жидкость в точке плавления также плотнее, чем твердая фаза. При упрощенном рассмотрении воду можно представить как жидкость, состоящую из двух разновидностей частиц небольших локальных областей, имеющих [c.332]

В табл. 2.2. приведены для сравнения физико-химические свойства воды и других жидкостей. Вследствие своих аномальных свойств вода — уникальный растворитель, прекрасно приспособленный для жизнедеятельности. [c.44]

Перечисленные уникальные физико-химические свойства воды, благодаря которым ее даже называют аномальной жидкостью, обусловливают универсальность воды как растворителя и ее исключительную реакционную способность. Именно благодаря этим особенностям вода и оказалась наиболее подходящей внутренней средой для всех живых организмов, в том числе и для растений. [c.12]

Уже давно известно, что вода — один из основных компонентов биологических систем — обладает весьма необычными свойствами. В действительности вода представляет собой столь сложный объект, что ее изучение превратилось в одну из наиболее трудных и интересных областей современной экспериментальной и теоретической физической химии. Примером особых физических свойств воды может служить хорошо известное увеличение ее объема при замерзании — явление, прямо противоположное тому, что наблюдается у большинства жидкостей. Это увеличение удельного объема составляет 1,6 см /моль. Более того, когда лед при постепенном нагревании плавится при температуре 0° С, образовавшаяся жидкость продолжает сжиматься даже после того, как он весь растает. Это уменьшение объема происходит до температуры 4° С, выше которой удельный объем воды начинает увеличиваться. Следовательно, максимальная плотность воды достигается при температуре 4° С. Помимо этих особых макроскопических свойств вода обладает аномально высокой температурой плавления и кипения, а также необычно высокой теплоемкостью. [c.260]

Подробный анализ структуры воды в жидкой и твердой фазах и такой же подробный анализ внутримолекулярных электрических полей, несомненно, позволят понять происхождение тех аномалий воды, которые современная физика еще не успела объяснить. Насколько аномальными являются вообще все свойства воды, лучше всего показывает сопоставление ее с другими жидкостями, обладающими простым строением молекул. Для иллюстрации к сказанному приведем здесь табл. 31, составленную Берналом. И температура плавления твердой фазы, и температура кипения жидкой, и критическая температура, и постоянные а и в уравнении Ван-дер-Ваальса, соответствующие воде, выделяются среди числовых значений, присущих другим веществам с простыми молекулами. Но особенно интересна аномально большая теплоемкость воды (этого столбца, к сожалению, нет в таблице). Вероятно, она обусловлена непрерывным разрушением межмолекулярных связей, прогрессирующим при повышении температуры. Аналогично можно объяснить и происхождение высокой скрытой теплоты плавления льда по-видимому, при таянии рвется одна связь из восьми, ибо скрытая теплота плавления льда равна от теплоты испарения (т. е. полного разъединения молекул). [c.835]

Наличие аномальных слоев нефти и воды на поверхности породы при двухфазной фильтрации этих жидкостей должно привести к чрезвычайно сложному комплексу явлений, определяющих во многом механизм жидкостей в пористой среде. От свойств граничных слоев нефти и воды зависит кинетика разрушения слоев, отрыв и прилипание капель нефти на поверхности породы, а также возможность продвижения жидкости, не связанной молекулярно-поверхностными силами в пористой среде. [c.97]

Для подсчета запасов нефти, проектирования, разработки месторождений н проведения мероприятий по повышению нефтеотдачи большое значение имеет изучение свойств и закономерностей распределения остаточной воды в пористой среде. Остаточная вода, содержащаяся в порах коллекторов нефти и газа, включает различные ее категории и виды, начиная от адсорбированной воды, удерживаемой молекулярными силами поверхности твердого тела, до воды, капиллярно удержанной отдельными элементами сложной полидисперсной структуры. Свойства жидкостей в слоях сильно отличаются от свойств свободной воды в порах дисперсного вещества. Это вызывает существенное отклонение от классических уравнений Дарси и Пуазейля свойств жидкости в пористых системах с размерами пор, соизмеримыми с толщиной аномальных слоев. К аномальным относятся слои жидкости, примыкающие к поверхности пор и отличающиеся по своим физико-механическим и термодинамическим свойствам от жидкости в объемной фазе. Толщина этих слоев может быть соизмерима с размерами пор. [c.101]

Изменения релаксационных характеристик жидкости в дисперсной системе определяются, в основном, адсорбционным взаимодействием жидкости с поверхностью образца. ЯМР — релаксация воды в дисперсных системах — сводится к влиянию на Г] и адсорбционных свойств подложки. Известно, по крайней мере, два механизма, увеличивающих скорость релаксации вблизи поверхности. Первый — это увеличение вязкости жидкости в аномальных слоях, вызывающее сокращение времени релаксации протонов, находящихся в этом слое. Второй — присутствие локальных магнитных полей на поверхности, обусловленных небольшим количеством парамагнитных центров. Эти [c.101]

Характерной особенностью межмолекулярных водородных связей является их направленность три атома Л, Н и 5, участвующие в образовании водородной связи, расположены на одной прямой. При этом расстояние Л — Н...В для различных веществ составляет 2,5— —2,8 А. Посредством водородных связей молекулы объединяются в димеры и полимеры. Такая ассоциация молекул приводит к повышению температуры плавления и кипения, увеличению теплоты парообразования, изменению растворяющей способности. Водородные связи обусловливают аномально высокую диэлектрическую проницаемость воды и спиртов по сравнению с диэлектрическими свойствами других жидкостей, молекулы которых имеют дипольные моменты того же порядка взаимную ориентацию молекул в жидкостях и кристаллах параллельное расположение полипептидных цепочек в структуре белка поперечные связи в полимерах и в двойной спирали молекулы ДНК. Благодаря своей незначительной прочности водородная связь играет большую роль во многих биологических процессах. Характерно, что молекулы, соединенные водородными связями, сохраняют свою индивидуальность в твердых телах, жидкостях и газах. В то же время они могут вращаться, переходить таким путем на одного устойчивого положения в другое. Кроме водорода промежуточным атомом, соединяющим два различных атома, может служить дейтерий, который, как водород, расположен на линии А П...В. При такой замене водорода на дейтерий энергия связи возрастает до нескольких десятков джоулей на 1 моль. [c.133]

Особое место среди простых веществ УПТА-группы занимает гелий. Во-первых, это наиболее трудно сжижаемый газ во-вторых, это единственный элемент, для которого твердое состояние достигается только при повышенном давлении (около 25 10 Па), в-третьих, в жидком состоянии гелий обладает особыми свойствами. Вплоть до температуры 2,172 К гелий — это бесцветная, прозрачная, легкая жидкость Не-1 (примерно в 10 раз легче воды). При отмеченной температуре наблюдается так называемый фазовый переход П рода (не сопровождаемый тепловым эффектом) и вплоть до сколь угодно низких температур, приближающихся к абсолютному нулю, гелий существует в виде жидкого Не-П. Эта жидкость с особыми и уникальными свойствами она практически не обладает вязкостью (сверхтекучесть), имеет колоссальную теплопроводность (в 3-10 раз больше гелия-1), а также проявляет ряд других аномальных эффектов. Эти явления связаны с тем, что при температуре 1—2 К длина волны де Бройля для атома гелия сравнима со средним межатомным расстоянием (т. е. объясняются с позиций квантовой механики). Поэтому сверхтекучий Не-П называют квантовой жидкостью. Из-за сверхтекучести гелий можно перевести в твердое состояние только под большим давлением. Существует глубокая аналогия между сверхтекучестью гелия-П и сверхпроводимостью металлов. При низких температурах свободные электроны в металлах также ведут себя как электронная квантовая жидкость . [c.391]

СоедЬнения с водородом Простые соединения с водородом НгЭ — ядовитые газы, кроме НгО и НгРо, с неприятным запахом Температуры плавления и кипения повышаются в ряду НгЗ—НгРо (табл 18 1) Термическая устойчивость молекул в ряду НгО—НгРо падает, реакции разложения обратимы Температуры плавления и кипения, плотность воды ле подчиняются общей закономерности изменения этих свойств в ряду Нг5—НгРо Аномальные свойства воды связаны с малым размером молекул НгО и образованием водородных связей между ними Известны высшие водородные соединения для серы — сульфаны (полисульфиды водорода) состава НгЗя ( = = 2 — 9, чаще 2), для кислорода — пероксид водорода НгОг Все сульфаны — желтые маслянистые жидкости, вязкость которых возрастает с увеличением длины гомоцепи —5—5— Они весьма реакционноспособны Сведения об НгОг приведены в гл 19 [c.352]

Наиболее известная аномалия в свойствах воды — это возрастание плотности при плавлении льда и дальнейшее увеличение ее при нагревании от О до 4°С. Кроме того, некоторые другие свойства воды также отличаются от свойств нормальных жидкостей теилоемкость жидкой воды почти в два раза больше теплоемкости льда (хотя обычно плавление вещества не влияет сильно на его теплоемкость), коэффициент термического расширения воды в интервале О—45 °С растет с повышением давления (хотя, как правило, коэффи-, циент термического расширения понижается с ростом давления) в том же температурном интервале с повышением температуры уменьшается сжимаемость воды в интервале температур О—25 °С вязкость воды уменьшается при повышении давления диэлектрическая проницаемость и коэффициент са М10Д1иффузии воды при повышении давления также ведут себя аномальным образом. [c.37]

Как видно из рис. 34, построенного по данным [562], как для обычной воды, так и для тяжелой, по сравнению с другими жидкостями наблюдается аномальная температурная зависимость поляризуемости — до 60° С ее величина с ростом температуры уменьшается. По-видимому, эта особенность, впервые выявленная В. П. Фронтасьевым и Л. С. Шрайбером [562], является еще одной аномалией свойств воды, которая, как и аномалии плотности и сжимаемости, обусловлены специфичностью структуры жидкой воды. [c.148]

Вода — одна из наиболее аномальных жидкостей, что вытекает из особенностей ее химического строения. Для объяснения особых свойств воды часто пользуются представлениями о ее так называемой биструктурности . В соответствии с этими представлениями вода при температурах, близких к комнатной, состоит из двух типов полимолекулярных образований с различной структурой ближнего порядка ажурной льдоподобной ( айсберговой ) и плотно-упакованной, имеющей в 1,5 раза более высокую плотность. Низкая подвижность молекул в льдоподобной структуре связана с образованием достаточно прочных межмолекулярных водородных связей. [c.127]

При замораживании капель в вакууме аномальные свойства воды и термические деформации не являются единственной причиной разрушения образуюшихся гранул. Существует также возможность разрушения самих капель вследствие вскипания жидкости при попадании капель в среду с низким давлением или при резком сбросе давления. [c.136]

Наблюдавшееся в ходе экспериментов [ 50,51 ] выделение перекиси водорода авторами отнесено к так называемому механохимическому разложению воды подобно тому, как это происходит в полимерных материалах. Причиной подобного явления считаются аномальные свойства воды, которая представляет собой ассоциированную полимероподобную структуру, не являющуюся изотропной жидкостью. В ряде работ [50-52] утверждается, что водные ассоциаты имеют льдоподобную структуру в диапазона температур от 0° С до -70° С, где согласно [52,54] имеются экстремумы температурных характеристик параметров теплоемкости (38°С), плотности (3,98° С), скорости звука и адиабатической сжимаемости (-65°С) и др. [c.23]

Следовательно, теоретические представления и известные экспериментальные данные о свойствах воды, анализ которых дан в разделах 1.1-1.2, позволяют предположить стабильное существование жидких кристаллов в воде в виде ассоциированных образований из коллоидных частиц льдов. Это дает основание с новых позиций подойти к рассмотрению ряда явлений в жидкостях, в том числе явлений неоднородности электрической проводимости слабых электролитов и аномальной проводимости в импульсных электрических полях [140], кавитации и сонолюминесценции [140-143], нетеплового выделения электрических зарядов при испарении [144], диспергирования жидкости [145] или воздействия на нее сверхвысокочастотных излучений [50-52],ядерно-химическихпревращений [146,147] и др. [c.41]

Приведенные факты показывают, что многие жидкости (нефти, пластовая вода), не проявляющие аномальных свойств вне контакта с пористой средой, при малых скоростях фильтрации могут образовывать неньютоновские системы, взаимодействуя с пористой породой. Наличие начального градиента давления у, при достижении которого начинается фильтрация, было обнаружено и при движении флюидов в газоводонасыщенных пористых средах (А. X. Мирзаджанзаде и др.). При этом было установлено, что величина у изменяется в щироких пределах и в больщинстве случаев тем выще, чем больще глинистого материала содержится в пористой среде и чем выше остаточная водонасыщенность газоводяной зоны. [c.25]

Ассоциация молекул и структура жидкостей и твердых тел. Молекулы таких жидкостей, как НР, вода и спирты, могут при образовании водородных связей выступать как акцепторы и доноры электронного заряда одновременно. В результате этого образуются димеры (НР)з, (Н.,0)2, (СНзОН)2, трнмеры, тетрамеры и т. д., пока тепловое движение не разрушит образовавшегося кольца или цепочки молекул. Когда тепловое движение понижено, через водородные связи создается кристаллическая структура. Известная аномалия плотности воды и льда обусловлена водородными связями в кристаллах льда каждая молекула воды связана с четырьмя соседями водородными связями через две неподеленные пары атома кислорода молекула образует две докорные Н-связи и через два атома Н —две акцепторные. Эти четыре связи направлены к вершинам тетраэдра. Образующаяся гексагональная решетка льда благодаря этому не плотная, а рыхлая, в ней большой объем пустот. При плавлении порядок, существующий в кристалле (дальний порядок), нарушается, часть молекул заполняет пустоты, и плотность жидкости оказывается выше плотности кристалла. Но в жидкости частично сохраняется льдообразная структура вокруг каждой молекулы (ближний порядок). Эта структура делает воду уникальным по свойствам растворителем. Ассоциация через водородные связи приводит к аномально высоким значениям диэлектрической проницаемости таких жидкостей, как НС , НзО, метанол и др. Водородные связи типа —СО...Н—N1 — [c.139]

Чистая вода прозрачна и бесцветна. Она не имеет ни запаха, ни вкуса (вкус питьевой воде обычно придают растворенные в ней в небольших количествах соли и газы). Вода обладает некоторыми физическими свойствами, отличающими ее от других жидкостей. Аномально высокая температура кипения воды в ряду соединений НгО—Нг5—Нг5е—НгТе уже рассматривалась ранее (см. стр. 116). Хорошо известно, что вода при за- [c.276]