Autoparts-remix.ru

Автомобильный журнал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Вода под давлением замерзает при какой температуре

Физические свойства воды

  • Состояние (ст.усл.): жидкость
  • Плотность: 0,9982 г/куб.см
  • Динамическая вязкость (ст.усл.): 0,00101 Па•с (при 20°C)
  • Кинематическая вязкость (ст.усл.): 0,01012 кв.см/с (при 20°C)

Термические свойства воды:

  • Температура плавления: 0°C
  • Температура кипения: 99,974°C
  • Тройная точка: 0,01 °C, 611,73 Па
  • Критическая точка: 374°C, 22,064 MПа
  • Молярная теплоёмкость(ст.усл.): 75,37 Дж/(моль•К)
  • Теплопроводность(ст.усл.): 0,56 Вт/(м•K)

Агрегатные состояния воды:

  • Твёрдое — лёд.
  • Жидкое — вода.
  • Газообразное — водяной пар.

При атмосферном давлении вода замерзает (превращается в лёд) при температуре в 0°C и кипит (превращается в водяной пар) при температуре 100°C.

При снижении давления температура плавления воды медленно растёт, а температура кипения — падает.

При давлении в 611,73 Па (около 0,006 атм) температура кипения и плавления совпадает и становится равной 0,01°C. Такое давление и температура называются тройной точкой воды.

При более низком давлении вода не может находиться в жидком состоянии, и лёд превращается непосредственно в пар. Температура возгонки льда падает со снижением давления.

При росте давления температура кипения воды растёт, плотность водяного пара в точке кипения тоже растёт, а жидкой воды — падает.

При температуре 374°C (647 K) и давлении 22,064 МПа (218 атм) вода проходит критическую точку. В этой точке плотность и другие свойства жидкой и газообразной воды совпадают.

При более высоком давлении нет разницы между жидкой водой и водяным паром, следовательно, нет и кипения или испарения.

Так же возможны метастабильные состояния — пересыщенный пар, перегретая жидкость, переохлаждённая жидкость. Эти состояния могут существовать длительное время, однако они неустойчивы и при соприкосновении с более устойчивой фазой происходит переход. Например, нетрудно получить переохлаждённую жидкость, охладив чистую воду в чистом сосуде ниже 0°C, однако при появлении центра кристаллизации жидкая вода быстро превращается в лёд.

Вода обладает рядом необычных особенностей:

  • При таянии льда, его плотность увеличивается (с 0,9 до 1 г/куб.см). Почти у всех остальных веществ при плавлении плотность уменьшается.
  • При нагревании от 0°C до 4°C (точнее 3,98°C), вода сжимается. Благодаря этому могут жить рыбы в замерзающих водоёмах: когда температура падает ниже 4°C, более холодная вода, как менее плотная остаётся на поверхности и замерзает, а под льдом сохраняется положительная температура.
  • Высокая температура и удельная теплота плавления (0°C и 333,55 кДж/кг), температура кипения (100°C) и удельная теплота парообразования (2250 КДж/кг), по сравнению с соединениями водорода с похожим молекулярным весом.
  • Высокая теплоёмкость жидкой воды.
  • Высокая вязкость.
  • Высокое поверхностное натяжение.
  • Отрицательный электрический потенциал поверхности воды.

Все эти особенности связаны с наличием водородных связей. Из-за большой разности электроотрицательностей атомов водорода и кислорода электронные облака сильно смещены в сторону кислорода. По причине этого, а также того, что ион водорода не имеет внутренних электронных слоев и обладает малыми размерами, он может проникать в электронную оболочку отрицательно поляризованного атома соседней молекулы. Благодаря этому, каждый атом кислорода притягивается к атомам водорода других молекул и наоборот. Каждая молекула воды может участвовать максимум в четырёх водородных связях: 2 атома водорода — каждый в одной, а атом кислорода — в двух; в таком состоянии молекулы находятся в кристалле льда. При таянии льда часть связей рвётся, что позволяет уложить молекулы воды плотнее; при нагревании воды связи продолжают рваться, и плотность её растёт, но при температуре выше 4°С этот эффект становится слабее, чем тепловое расширение. При испарении рвутся все оставшиеся связи. Разрыв связей требует много энергии, отсюда высокая температура и удельная теплота плавления и кипения и высокая теплоёмкость. Вязкость воды обусловлена тем, что водородные связи мешают молекулам воды двигаться с разными скоростями.

По сходным причинам вода является хорошим растворителем полярных веществ. Каждая молекула растворяемого вещества окружается молекулами воды, причём положительно заряженные участки молекулы растворяемого вещества притягивают атомы кислорода, а отрицательно заряженные — атомы водорода. Поскольку молекула воды мала по размерам, много молекул воды могут окружить каждую молекулу растворяемого вещества.

Это свойство воды используется живыми существами. В живой клетке и в межклеточном пространстве вступают во взаимодействие растворы различных веществ в воде. Вода необходима для жизни всех без исключения одноклеточных и многоклеточных живых существ на Земле.

Чистая (не содержащая примесей) вода — хороший изолятор. При нормальных условиях вода слабо диссоциирована и концентрация протонов (точнее, ионов гидроксония H3O+) и гидроксильных ионов HO — составляет 0,1 мкмоль/л. Но поскольку вода — хороший растворитель, в ней практически всегда растворены те или иные соли, то есть в воде присутствуют положительные и отрицательные ионы. Благодаря этому вода проводит электричество. По электропроводности воды можно определить её чистоту.

Вода имеет показатель преломления n=1,33 в оптическом диапазоне. Однако она сильно поглощает инфракрасное излучение, и поэтому водяной пар является основным естественным парниковым газом, отвечающим более чем за 60% парникового эффекта. Благодаря большому дипольному моменту молекул, вода также поглощает микроволновое излучение, на чём основан принцип действия микроволновой печи.

Физические свойства воды

  • Состояние (ст.усл.): жидкость
  • Плотность: 0,9982 г/куб.см
  • Динамическая вязкость (ст.усл.): 0,00101 Па•с (при 20°C)
  • Кинематическая вязкость (ст.усл.): 0,01012 кв.см/с (при 20°C)

Термические свойства воды:

  • Температура плавления: 0°C
  • Температура кипения: 99,974°C
  • Тройная точка: 0,01 °C, 611,73 Па
  • Критическая точка: 374°C, 22,064 MПа
  • Молярная теплоёмкость(ст.усл.): 75,37 Дж/(моль•К)
  • Теплопроводность(ст.усл.): 0,56 Вт/(м•K)

Агрегатные состояния воды:

  • Твёрдое — лёд.
  • Жидкое — вода.
  • Газообразное — водяной пар.

При атмосферном давлении вода замерзает (превращается в лёд) при температуре в 0°C и кипит (превращается в водяной пар) при температуре 100°C.

При снижении давления температура плавления воды медленно растёт, а температура кипения — падает.

При давлении в 611,73 Па (около 0,006 атм) температура кипения и плавления совпадает и становится равной 0,01°C. Такое давление и температура называются тройной точкой воды.

При более низком давлении вода не может находиться в жидком состоянии, и лёд превращается непосредственно в пар. Температура возгонки льда падает со снижением давления.

При росте давления температура кипения воды растёт, плотность водяного пара в точке кипения тоже растёт, а жидкой воды — падает.

При температуре 374°C (647 K) и давлении 22,064 МПа (218 атм) вода проходит критическую точку. В этой точке плотность и другие свойства жидкой и газообразной воды совпадают.

Читать еще:  Как включить блокировку на уаз буханка

При более высоком давлении нет разницы между жидкой водой и водяным паром, следовательно, нет и кипения или испарения.

Так же возможны метастабильные состояния — пересыщенный пар, перегретая жидкость, переохлаждённая жидкость. Эти состояния могут существовать длительное время, однако они неустойчивы и при соприкосновении с более устойчивой фазой происходит переход. Например, нетрудно получить переохлаждённую жидкость, охладив чистую воду в чистом сосуде ниже 0°C, однако при появлении центра кристаллизации жидкая вода быстро превращается в лёд.

Вода обладает рядом необычных особенностей:

  • При таянии льда, его плотность увеличивается (с 0,9 до 1 г/куб.см). Почти у всех остальных веществ при плавлении плотность уменьшается.
  • При нагревании от 0°C до 4°C (точнее 3,98°C), вода сжимается. Благодаря этому могут жить рыбы в замерзающих водоёмах: когда температура падает ниже 4°C, более холодная вода, как менее плотная остаётся на поверхности и замерзает, а под льдом сохраняется положительная температура.
  • Высокая температура и удельная теплота плавления (0°C и 333,55 кДж/кг), температура кипения (100°C) и удельная теплота парообразования (2250 КДж/кг), по сравнению с соединениями водорода с похожим молекулярным весом.
  • Высокая теплоёмкость жидкой воды.
  • Высокая вязкость.
  • Высокое поверхностное натяжение.
  • Отрицательный электрический потенциал поверхности воды.

Все эти особенности связаны с наличием водородных связей. Из-за большой разности электроотрицательностей атомов водорода и кислорода электронные облака сильно смещены в сторону кислорода. По причине этого, а также того, что ион водорода не имеет внутренних электронных слоев и обладает малыми размерами, он может проникать в электронную оболочку отрицательно поляризованного атома соседней молекулы. Благодаря этому, каждый атом кислорода притягивается к атомам водорода других молекул и наоборот. Каждая молекула воды может участвовать максимум в четырёх водородных связях: 2 атома водорода — каждый в одной, а атом кислорода — в двух; в таком состоянии молекулы находятся в кристалле льда. При таянии льда часть связей рвётся, что позволяет уложить молекулы воды плотнее; при нагревании воды связи продолжают рваться, и плотность её растёт, но при температуре выше 4°С этот эффект становится слабее, чем тепловое расширение. При испарении рвутся все оставшиеся связи. Разрыв связей требует много энергии, отсюда высокая температура и удельная теплота плавления и кипения и высокая теплоёмкость. Вязкость воды обусловлена тем, что водородные связи мешают молекулам воды двигаться с разными скоростями.

По сходным причинам вода является хорошим растворителем полярных веществ. Каждая молекула растворяемого вещества окружается молекулами воды, причём положительно заряженные участки молекулы растворяемого вещества притягивают атомы кислорода, а отрицательно заряженные — атомы водорода. Поскольку молекула воды мала по размерам, много молекул воды могут окружить каждую молекулу растворяемого вещества.

Это свойство воды используется живыми существами. В живой клетке и в межклеточном пространстве вступают во взаимодействие растворы различных веществ в воде. Вода необходима для жизни всех без исключения одноклеточных и многоклеточных живых существ на Земле.

Чистая (не содержащая примесей) вода — хороший изолятор. При нормальных условиях вода слабо диссоциирована и концентрация протонов (точнее, ионов гидроксония H3O+) и гидроксильных ионов HO — составляет 0,1 мкмоль/л. Но поскольку вода — хороший растворитель, в ней практически всегда растворены те или иные соли, то есть в воде присутствуют положительные и отрицательные ионы. Благодаря этому вода проводит электричество. По электропроводности воды можно определить её чистоту.

Вода имеет показатель преломления n=1,33 в оптическом диапазоне. Однако она сильно поглощает инфракрасное излучение, и поэтому водяной пар является основным естественным парниковым газом, отвечающим более чем за 60% парникового эффекта. Благодаря большому дипольному моменту молекул, вода также поглощает микроволновое излучение, на чём основан принцип действия микроволновой печи.

Заблуждения

ВОДА БЕСЦВЕТНАЯ

Обычно, когда мы описываем воду, то называем её бесцветной или прозрачной жидкостью без вкуса и без запаха. Тем не менее на самом деле вода имеет цвет — еле различимый голубоватый оттенок. Он настолько слабый, что в небольших объёмах практически незаметен для глаза. Однако чем больше воды, тем он заметнее — например, в озере, бассейне или огромном аквариуме. Иногда говорят, что это отражённый цвет неба, и это отчасти верно: отражение и поглощение света в данном случае действительно имеет большое значение. В одной части спектра, красно-зелёной, молекулы воды поглощают свет, а в другой — отражают. Именно этим объясняется то, что вода имеет голубоватый оттенок. Первым это выяснил через серию опытов с дистиллированной водой бельгийский физик и химик Вальтер Шпринг в 1883 году.

Хотя вода может иметь и другой цвет. Это заметно, к примеру, в естественных водоёмах, где в ней содержится множество разнообразных мелких частиц, которые тоже отражают или поглощают определённые части спектра. Эти частицы также искажают восприятие цвета на глубине, поэтому жёлтая подводная лодка, погружаясь на дно, постепенно станет сине-зелёной.

ВОДА КИПИТ ПРИ 100° И ЗАМЕРЗАЕТ ПРИ 0°

Ещё одно утверждение, знакомое нам с детства и по большей части справедливое, поскольку подтверждено научными опытами. Однако всё зависит от давления и температуры воздуха.

При нормальном атмосферном давлении — 760 мм ртутного столба — сохраняются привычные нам 100° и 0°, однако там, где оно ниже, например высоко в горах, 90° — это уже не только прямой угол, но и температура кипения воды. К слову, на вершине Эвереста вода закипает при температуре менее 70°. А вот в паровых турбинах, где давление, наоборот, очень высокое, вода не закипит даже при 300°. Более того, в условиях с обычным атмосферным давлением очень чистая вода не замерзает, даже достигнув 0°, — это явление называется сверхохлаждением. Дело в том, что в ней нет центров кристаллизации — мельчайших нерастворённых частичек, которые в естественных условиях постоянно присутствуют в воде. Как правило, именно вокруг них начинается как замерзание, так и кипение. А вот солёная морская вода замерзает при чуть более низкой температуре, чем пресная, потому что у них разная плотность. Чем больше солёность, тем ниже температура замерзания: океанская вода с солёностью 35% замерзает при –1,9°, а менее солёная морская — при температуре –0,8. –1,1°.

Читать еще:  Шевроле нива obd разъём

ВОДА ЕСТЬ ТОЛЬКО НА ЗЕМЛЕ

Это утверждение, как правило, связывают с тем, что жизнь на нашей планете зародилась из воды, а раз на других планетах живых организмов не обнаружено, значит, и воды там нет. Так считалось довольно долгое время, но последние исследования космоса показали: вода есть практически везде, просто её либо меньше, либо она не так заметна. На самом деле вода — одно из самых распространённых веществ во Вселенной. В космосе она существует в основном в виде льда или пара, и в нашей Солнечной системе гораздо больше воды, чем кажется на первый взгляд. К примеру, на поверхности Марса воды нет, зато марсоход «Феникс» нашёл лёд под слоем грунта, а в мантии планеты её примерно столько же, сколько и у Земли. Несколько лет назад учёные обнаружили лёд в лунных кратерах и на спутниках Сатурна и Юпитера. Европа и Ганимед (спутники Юпитера), покрыты толстым слоем водяного льда, на Энцеладе (спутник Сатурна) происходят извержения воды и предполагается наличие солёных океанов под поверхностью, а Титания (спутник Урана) состоит изо льда на 50%. И это не говоря про астероиды, метеориты и кометы; последние, к слову, могут состоять изо льда больше чем наполовину.

ДИГИДРОМОНООКСИД, МОНООКСИД ДИГИДРОГЕНА И ГИДРОКСИЛЬНАЯ КИСЛОТА — ЭТО КРАЙНЕ ОПАСНЫЕ ВЕЩЕСТВА

На самом деле это разные названия одного и того же — всё той же воды. Многосложное наименование фактически описывает химический состав вещества: один кислород и два водорода, но на это обычно не обращают внимания те, кто в школе прогуливал уроки химии.

Неосведомлённость вкупе с привычкой видеть повсюду зловещие заговоры иногда приводит к тому, что безобидная научная шутка может стать причиной нервозности и даже паники у некоторых групп населения. Их реакцию можно понять, читая описания «крайне опасного химиката», который используется в ядерных реакторах, на химических производствах, ускоряет коррозию и провоцирует эрозию. В своё время два студента калифорнийского университета здорово потешились над общественностью, распространив сообщения о необычайно вредном монооксиде дигидрогена. Отголоски этой шутки до сих пор всплывают то тут, то там в виде различных акций и призывов запретить использование «опасного химиката». Впросак иногда попадают даже высокопоставленные чиновники, а народные массы, как правило, возмущаются тем, что власти молчат и ничего не предпринимают.

ВОДА ЗАПОМИНАЕТ СЛОВА И ЭМОЦИИ ЛЮДЕЙ

Некоторое время назад было объявлено о невероятном открытии — якобы вода способна запоминать и хранить информацию. Об этом даже сняли невероятно зрелищный и крайне убедительный для непосвящённого зрителя документальный фильм. В нём разного рода «эксперты» рассказывали нам совершенно сенсационные вещи и аккуратно подводили к выводу, что лучше всего употреблять воду, «содержащую» правильную информацию. Однако задолго до выхода этого фильма у нас в стране уже знали о сверхъестественном свойстве воды заряжаться положительной энергией — к примеру, через телевизор — и очень активно этим пользовались. Иная трёхлитровая банка могла исцелить от хворей и недугов целую семью.

Тем не менее стоит твёрдо знать: если дяденька из говорящего ящика представлен как кандидат наук, это не обязательно означает, что он скажет правду. Довольно скоро выяснилось, что сенсационный фильм, успевший даже отхватить несколько престижных телевизионных премий, на самом деле был грандиозным рекламным роликом книг Масару Эмото, японского псевдоучёного. Однако справедливости ради нужно сказать, что употребление «заряжённой» воды действительно иногда помогает. Вот только дело вовсе не в воде, а в самовнушении пьющего её человека. Это явление давно известно в психологии и медицине под названием «эффект плацебо», и, к слову, воздействие его бывает достаточно сильным. Так что можно запросто «зарядить» не то лько воду, но и даже тарелочку борща.

ВОДА СМЯГЧАЕТ УДАР ПРИ ПАДЕНИИ С ВЫСОТЫ

Такую сцену нередко можно увидеть в кино: герой в кульминационный момент падает или прыгает с большой высоты в воду (океан, море, озеро — всё что угодно) и через некоторое время как ни в чём не бывало всплывает на поверхность, полный решимости отомстить своим обидчикам. Когда смотришь на такое, невольно закрадывается мысль, что глубокое синее море, если прыгать в него с вертолёта, — мягкое, как перина, или, в крайнем случае, упругое, как батут.

На самом деле безрассудные кинобоссы каждый раз должны пускать во время таких сцен бегущую строку «Не пытайтесь повторить это дома!», потому что «мягкая вода» — это очередная иллюзия, которой мы обязаны фабрике грёз. Всё-таки плотность воды в 800 раз больше плотности воздуха, так что при падении с очень большой высоты (которое, как правило, к тому же происходит ещё и на солидной скорости) без травм не обойтись. Разумеется, столкновение с землёй повлечёт куда более плачевные последствия, но и падение в воду на скорости около 36 м/с окажется смертельным, при том что средняя скорость падения человеческого тела составляет примерно 54 м/с. Даже с высоты 10 метров можно получить увечья, если входить в воду неправильно. Дело в том, что тело человека претерпевает значительное сопротивление при переходе из одной среды в другую, и происходит резкое торможение. Чем больше площадь тела, соприкасающаяся с поверхностью воды, тем сильнее риск серьёзно травмироваться. Кстати, интересно заметить, что свойство «мягкости воды» действует только на положительных героев и героинь. Если же в воду с большой высоты упадёт негодяй, то, вероятнее всего, уже не выплывет (разве что режиссёр задумает снять сиквел). Правда, тут вступают в силу не законы физики, а скорее законы жанра.

ФАКТЫ

    Химическая структура воды такова, что она должна была бы кипеть при +70° C, а замерзать почти при –100° C. По идее, вода на нашей планете могла бы существовать только в одном состоянии — жидком, однако этого не происходит из-за аномальных свойств воды. Это не единственные её необычные свойства — уникальны её плотность, удельная теплоёмкость, поверхностное натяжение. Эти водные аномалии в значительной степени обусловлены ассоциацией её молекул.

    Если взять два одинаковых контейнера, в одном из которых вода будет комнатной температуры, а в другом — очень горячей, быстрее замёрзнет горячая. Это явление называется эффект (или парадокс) Мпембы, и ему нет однозначных объяснений (лишь несколько теорий).

    Во время эксперимента по рассеянию нейтронов учёные обнаружили интересный квантовый эффект: нейтроны, направленные на молекулы воды, «видят» на 25% меньше протонов водорода на уровне аттосекунд (время, за которое свет проходит расстояние, сравнимое с размерами молекулы воды, 10-18 секунд), и химическая формула воды из привычной Н2О становится Н1,5О

    Помимо обычной воды существуют ещё тяжёлая (D2O) и сверхтяжёлая (T2O) вода. На вид они ничем не отличаются от простой воды, но имеют бо льшую удельную плотность. В их молекулах тоже два водорода и один кислород, но разница в самих атомах водорода. В нормальной воде атом водорода имеет только протон (протий), в тяжёлой — протон и нейтрон (дейтерий), в сверхтяжёлой — протон и два нейтрона (тритий). Как правило, молекулы тяжёлой и сверхтяжёлой воды в природных условиях содержатся в очень незначительных количествах в обычной воде. Между прочим, шутка про монооксид дигидрогена приобретает зловещий смысл, если дигидроген — тритиевый, поскольку тритий радиоактивен.

    Как получить лёд температурой +151°C


    Структура четырёхугольного, пятиугольного и семиугольного нанольда внутри однослойной нанотрубки. Синие и красные шары соответствуют атомам кислорода и водорода. Источник: результаты моделирования 2008 года

    Необычные свойства воды давно являются объектом пристального изучения учёных. Десять лет назад выяснилось, что внутри нанотрубок диаметром менее 2,5 нм вода не замерзает, а продолжает течь даже при температурах, близких к абсолютном нулю (−273,15°C). Странности на этом не заканчиваются.

    Фазовые переходы воды со сменой агрегатного состояния внутри углеродных нанотрубок явно не вписываются в стандартную теорию термодинамики. Это касается не только точки замерзания, но и точки кипения. Как известно, при нормальном атмосферном давлении температура кипения воды составляет около 100°C. При увеличении давления в ёмкости температура кипения увеличивается — этот принцип используют скороварки, чтобы быстрее приготовить пищу. И наоборот, температуру кипения воды можно снизить, уменьшив давление. Например, в горах на высоте 5 км приготовить некоторые продукты в принципе невозможно, потому что там температура кипения воды составляет всего лишь 83°C из-за пониженного атмосферного давления.

    Учёным известно также, что температура фазовых переходов воды зависит также от формы и размера сосуда. При неизменности давления с помощью объёма сосуда можно сдвинуть точку кипения или точку замерзания примерно на 10°C. Но в углеродных нанотрубках всё становится с ног на голову. Как уже упоминалось, вода сохраняет там жидкое состояние при температурах, близких к абсолютному нулю. Сейчас учёные из Массачусетского технологического института (МТИ) подробно исследовали ещё один интересный феномен — фазовый переход в твёрдое состояние (ледяные нанотрубки) при высокой температуре, когда в нормальных условиях вода должна испаряться.

    Этот феномен обнаружен в 2001 году группой японских и американских учёных. Ледяные нанотрубки представляют особенный интерес, потому что они образуются при высокой температуре и могут быть использованы в различных электронных наноустройствах, в том числе в газовых нанотурбинах, нанодатчиках потока и высокопоточных мембранах. Более того, способность воды замерзать в ледяные нанотрубки при температурах гораздо выше 0°C делает возможным использование ледяных нанотрубок в системах теплообмена. Были получены экспериментальные подтверждения такого использования, но до сих пор не были известны и изучены точные размеры и параметры углеродных нанотрубок, которые необходимы для затвердения воды при комнатной температуре и выше.

    До настоящего времени большинство экспериментов с фазовым переходом воды в углеродных нанотрубках были ограничены симуляциями молекулярной динамики на компьютере, а не реальными физическими опытами. В результате симуляции выяснилось, что свойства воды сильно зависят от диаметра углеродной нанотрубки. Например, в порах диаметром 0,8−1,0 нм вода хорошо стабилизируется в парообразном состоянии, а где-то между диаметрами трубки 1,1 и 1,2 нм симуляции показывают стабилизацию в форме льда, то есть в твёрдом виде. Затем при увеличении диаметра свыше 1,4 нм опять наступает стабилизация в жидкой форме. Всё это очень интересно — и поэтому в МТИ разработали методологию физических опытов для проверки свойств воды в углеродных нанотрубках диаметром от 1,05 до 1,52 нм с одиночными и двойными стенками. Авторы эксперимента также разработали технику мониторинга воды в нанотрубках с помощью рамановской спектроскопии (радиальные колебания, RBM).


    Экспериментальная установка для выращивания нанотрубок и заполнения их водой (почему гидрофобные нанотрубки пропускают внутрь воду — учёные тоже не до конца понимают); компьютерные модели однослойных и двухслойных нанотрубок для эксперимента; результаты рамановской спектроскопии

    Эксперименты показали, что на некоторых диаметрах нанотрубок вода переходит в твёрдое агрегатное состояние при температурах выше 100°C. Максимально зарегистрированная температура фазового перехода составляет от 105°C до 151°C (точнее измерить не удалось) с диаметром однослойной нанотрубки 1,05 нм. Это гораздо выше параметров, которые предсказывала теория. В некоторых случаях реальная точка замерзания оказалась почти на 100°C выше, чем предсказывала теория. Впервые опыты был проведён в реальных лабораторных условиях — как выяснилось, не зря. Никто не ожидал настолько большой разницы в свойствах воды в нанотрубках диаметром 1,05 и 1,06 нм.


    Голубой цвет на диаграмме — твёрдое состояние воды, зелёный — жидкое состояние, красный — пустые нанотрубки (dry state)

    После прохода через точку замерзания учёные опустили температуру и вернули воду в жидкое состояние, доказав обратимость процесса. В нанотрубках диаметром 1,06 нм лёд таял при температуре 87−117°С, в нанотрубках 1,44 и 1,52 нм точка замерзания находится между 15−49°С и 3−30°С, соответственно.

    Нанолёд обладает интересным сочетанием электрических и тепловых свойств. Наличие льда, который не тает при температуре до +151°С, может заинтересовать инженеров и конструкторов. При комнатной температуре такой лёд будет абсолютно стабильным, его вполне можно использовать как провода в электронике и других приборах (вода — один из лучших проводников протонов, известных науке), которые не нагреваются до +151°С, в противном случае этот проводник растает.

    Научная работа опубликована 28 ноября 2016 года в журнале Nature Nanotechnology (doi: 10.1038/nnano.2016.254, pdf).

    Ссылка на основную публикацию
    Adblock
    detector