Fasediagram af vand

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 18. maj 2022; checks kræver 2 redigeringer .

Fasediagrammet for vand er en grafisk visning af ligevægtstilstanden for vandets faser ( væske , vanddamp og forskellige modifikationer af is ). Den er indbygget i temperatur - tryk - koordinatsystemet .

Elementer i et fasediagram

Tredobbelte punkter

Ingen.	Faser			Tryk	Temperatur		Bemærk
Ingen.	Faser			MPa	°C	K	Bemærk
en	Damp	Vand	Is Ih	611.657 Pa	0,01	273,16	[en]
2	Damp	Is Ih	Is XI	0	−201,0	72,15	[2] [3] [4]
3	Vand	Is Ih	Is III	209,9	−21.985	251.165	[5] [6]
fire	Is Ih	Is II	Is III	212,9	−34,7	238,45	[5] [6] [7]
5	Is II	Is III	Is V	344,3	−24.3	248,85	[5] [6]
6	Is II	Is VI	Is XV	~ 800	−143	130	For D 2 O [8]
7	Vand	Is III	Is V	350,1	−16.986	256,164	[5] [6]
otte	Vand	Is IV	Is XII	~ 500-600	~ -6	~ 267	[9]
9	Is II	Is V	Is VI	~ 620	~ -55	~ 218	[ti]
ti	Vand	Is V	Is VI	632,4	0,16	273,32	[5] [6]
elleve	Is VI	Is VIII	Is XV	~ 1500	−143	130	For D 2 O [8]
12	Is VI	Is VII	Is VIII	2100	~5	~ 278	[11] [12]
13	Vand	Is VI	Is VII	2216	81,85	355	[5] [6]
fjorten	Is VII	Is VIII	Is X	62.000	−173	100	[13]
femten	Vand	Is VII	Is X	47.000	~ 727	~ 1000	[14] [15]

Issublimeringskurve

Issublimeringskurven starter ved punktet (0 Pa; 0 K) og slutter ved vandets tredobbelte punkt ( 611,657 Pa; 273,16 K). I dette afsnit, når temperaturen falder , falder sublimationstrykket eksponentielt, og ved en temperatur på 130 K er det ubetydeligt ( 10-8 Pa).

Med god nøjagtighed er sublimationstrykket i dette afsnit beskrevet af eksponentialet

P=A\cdot exp(-B/T),

hvor

A=3,41\cdot 10^{12}~\mathrm {Pa} ;\quad B=6130~\mathrm {K} .

Fejlen i denne formel er ikke mere end 1 % i temperaturområdet 240–273,16 K og ikke mere end 2,5 % i temperaturområdet 140–240 K.

Mere præcist er sublimeringskurven beskrevet af formlen anbefalet af IAPWS( English International Association for the Properties of Water and Steam - International Association for the Study of the Properties of Water and Steam ) [16] :

\ln {\frac {P}{P_{0}}}={\frac {T_{0}}{T}}\sum _{i=1}^{3}a_{i}\venstre ({T \over T_{0}}\right)^{b_{i}},

hvor

{\begin{matrix}~P_{0}=611.657~{\mathrm {Pa);&T_{0}=273.16~{\mathrm K};\\a_{1}=-21.2144006;&b_ {1}=0.003333333 ;\\a_{2}=27.3203819;&b_{2}=1.20666667;\\a_{3}=-6.1059813;&b_{3}=1.70333333.\ end{matrix}}

Issmeltekurve Ih

Smeltekurven for is Ih (det vil sige almindelig is) på fasediagrammet i lavtryksområdet er en næsten lodret ret linje. Når man går fra tredobbeltpunktet (611 Pa) til atmosfærisk tryk (101 kPa), falder smeltetemperaturen således kun med 0,008 K (fra 273,16 til 273,15 K). Det nødvendige tryk for at sænke smeltepunktet med 1 K er omkring 132 atm. Smeltekurven langs den vandrette akse optager temperaturområdet 251.165–273.16 K (–21.985 ... 0.01 °C) . Minimumssmeltepunktet (–21.985 °C) nås ved et tryk på 208.566 MPa (2058 atm).

Issmeltekurven Ih er den eneste faseovergang, der er forbundet med en ændring i vandets aggregeringstilstand, som har en omvendt hældning (efterhånden som trykket stiger, falder smeltetemperaturen). Denne omstændighed (i overensstemmelse med le Chateliers princip ) forklares ved, at is Ih har en lavere densitet end vand ved samme tryk. Alle andre modifikationer af is er tungere end vand, deres smeltepunkt stiger med stigende tryk.

Smeltekurven er beskrevet af formlen anbefalet af IAPWS [16] :

{\frac {P}{P_{0}}}=1+\sum _{i=1}^{3}a_{i}\left[1-\left({T \over T_{0 }}\right)^{b_{i}}\right],

hvor

{\begin{matrix}~P_{0}=611.657~{\mathrm {Pa));&T_{0}=273.16~{\mathrm K};\\a_{1}=1~195~393, 37; &b1=3.00;\\a_{2}=80~818.3159;&b2=25.75;\\a_{3}=3~338.2686;&b3=103.75;\end{matrix }}

Issmeltekurve III

Smeltekurven for is III begynder ved punktet for minimumstemperaturen for størkning af vand (251.165 K; 208.566 MPa), hvor almindelig is bliver til strukturel modifikation III, og slutter ved punktet (256.164 K; 350.1 MPa), hvor grænsen mellem fase III og V passerer.

Smeltekurven er beskrevet af formlen anbefalet af IAPWS [16] :

{\frac {P}{P_{0}}}=1-0.299948\left[1-\left({T \over T_{0}}\right)^{60}\right],

hvor

P_{0}=208.566~\mathrm {MPa} ;\quad T_{0}=251.165~\mathrm {K} .

Issmeltekurve V

Smeltekurven for is V begynder ved punktet (256,164 K; 350,1 MPa), ved grænsen mellem fase III og V, og slutter ved punktet (273,31 K; 632,4 MPa), hvor grænsen mellem fase V og VI passerer.

Smeltekurven er beskrevet af formlen anbefalet af IAPWS [16] :

{\frac {P}{P_{0}}}=1-1.18721\left[1-\left({T \over T_{0}}\right)^{8}\right],

hvor

P_{0}=350.1~\mathrm {MPa} ;\quad T_{0}=256.164~\mathrm {K} .

Ice Melt Curve VI

Is VI-smeltekurven begynder ved punktet (273,31 K; 632,4 MPa), ved grænsen mellem fase V og VI, og slutter ved punktet (355 K; 2216 MPa), hvor grænsen mellem fase VI og VII passerer.

Smeltekurven er beskrevet af formlen anbefalet af IAPWS [16] :

{\frac {P}{P_{0}}}=1-1.07476\left[1-\left({T \over T_{0}}\right)^{4,6}\right ],

hvor

P_{0}=632.4~\mathrm {MPa} ;\quad T_{0}=273.31~\mathrm {K} .

Ice Melt Curve VII

Smeltekurven for is VII begynder ved punktet (355 K; 2216 MPa), ved grænsen mellem fase VI og VII og slutter ved punktet (715 K; 20,6 GPa), hvor grænsen for fase VII passerer.

Smeltekurven er beskrevet af formlen anbefalet af IAPWS [16] :

\ln {\frac {P}{P_{0}}}=\sum _{i=1}^{3}a_{i}\left(1-\left({T \over T_{0 }}\right)^{b_{i}}\right),

hvor

{\begin{matrix}~P_{0}=2216~{\mathrm {MPa));&T_{0}=355~{\mathrm K};\\a_{1}=1.73683;&b_{1} =- 1;\\a_{2}=-0.0544606;&b_{2}=5;\\a_{3}=8.06106\cdot 10^{{-8}};&b_{3}=22 .\end{matrix} }

Dampmætningskurve

Vanddampmætningskurven starter ved vandets tredobbelte punkt (273,16 K; 611,657 Pa) og slutter ved det kritiske punkt (647,096 K; 22,064 MPa). Det viser kogepunktet for vand ved et givet tryk, eller tilsvarende trykket af mættet vanddamp ved en given temperatur. På det kritiske punkt når tætheden af vanddamp op på densiteten af vand, og dermed forsvinder forskellen mellem disse aggregeringstilstande.

Ifølge IAPWS anbefalingerne er mætningslinjen repræsenteret som en implicit andengradsligning med hensyn til normaliseret temperatur θ og normaliseret tryk β [17] :

\beta ^{2}\theta ^{2}+n_{1}\beta ^{2}\theta +n_{2}\beta ^{2}+n_{3}\beta \theta ^{ 2}+n_{4}\beta \theta +n_{5}\beta +n_{6}\theta ^{2}+n_{7}\theta +n_{8}=0,

hvor

\theta ={T \over T_{0}}+{\frac {n_{9}}{{T \over T_{0}}-n_{10}}};\quad T_{0}= 1~\mathrm {K} ;

\beta =\left({\frac {P}{P_{0}}}\right)^{0,25};\quad P_{0}=1~\mathrm {MPa} ;

$n_{1}$	1167.0521452767
$n_{2}$	-724213.16703206
$n_{3}$	-17.073846940092
${\displaystyle n_{4))$	12020.82470247
${\displaystyle n_{5))$	-3232555.0322333
${\displaystyle n_{6))$	14.91510861353
${\displaystyle n_{7))$	-4823.2657361591
${\displaystyle n_{8))$	405113.40542057
${\displaystyle n_{9))$	-0,23855557567849
$n_{{10}}$	650.17534844798

For en given absolut værdi af temperatur T beregnes den normaliserede værdi θ og andengradsligningens koefficienter

A=\theta ^{2}+n_{1}\theta +n_{2};

B=n_{3}\theta ^{2}+n_{4}\theta +n_{5};

C=n_{6}\theta ^{2}+n_{7}\theta +n_{8},

hvorefter værdien af β findes

\beta ={\frac {-B-{\sqrt {B^{2}-4AC}}}{2A}}

og absolut værdi af tryk

P=P_{0}\beta ^{4}.

Mættet vanddamptryk (kPa) ved forskellige temperaturer

(den lodrette er et heltal af grader, den vandrette er en brøk)

T°C	.0	,en	.2	.3	, fire	,5	.6	.7	, otte	,9
0	0,6112	0,6571	0,7060	0,7581	0,8135	0,8726	0,9354	1.002	1,073	1,148
ti	1,228	1,313	1,403	1.498	1.599	1,706	1.819	1,938	2,065	2.198
tyve	2.339	2.488	2.645	2.811	2.986	3,170	3,364	3,568	3,783	4.009
tredive	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
halvtreds	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

Se også

Noter

↑ L.A.Guildner, D.P. Johnson og F.E. Jones. Vandets damptryk ved dets tredobbelte punkt // J. Res. Nat. Bur. Stand.. - 1976. - Vol. 80A . - S. 505-521 . Arkiveret fra originalen den 30. april 2010.
↑ MJ Francis, N. Gulati og RM Pashley. Spredningen af naturlige olier i afgasset vand (engelsk) // J. Colloid Interface Sci .. - 2006. - Vol. 299 . - s. 673-677 . (utilgængeligt link)
↑ R. M. Pashley, M. Rzechowicz, L. R. Pashley og M. J. Francis. Afgasset vand Er et bedre rengøringsmiddel // J. Phys. Chem.. - 2005. - Vol. 109 . - S. 1231-1238 . Arkiveret 14. maj 2019.
↑ R. M. Pashley, M. J. Francis og M. Rzechowicz. Ikke-vandige væskers hydrofobicitet og deres dispersion i vand under afgassede forhold // Curr . Opin. Colloid Interface Sci. - 2008. - Vol. 13 . - S. 236-244 . (utilgængeligt link)
↑ 1 2 3 4 5 6 Slip på trykket langs smelte- og sublimeringskurverne for almindeligt vandstof . IAPWS, 1993.
↑ 1 2 3 4 5 6 P. W. Bridgman Vand, i flydende og fem faste former, under tryk . Proc. Er. Acad. Arts Sci. 47, 1912, 439-558.
↑ JLF Abascal, E. Sanz, RG Fernández og C. Vega En potentiel model til undersøgelse af is og amorft vand: TIP4P/Ice . J. Chem. Phys. 122 (2005) 234511.
↑ 1 2 C. G. Salzmann, P. G. Radaelli, E. Mayer og J. L. Finney Ice XV: en ny termodynamisk stabil fase af is Arkiveret 3. februar 2020 på Wayback Machine . arXiv:0906.2489v1, cond-mat.mtrl-sci (2009).
↑ EA Zheligovskaya, GG Malenkov Krystallinske vandis Arkiveret 28. september 2006 på Wayback Machine . Russian Chem. Rev. 75 (2006) 57-76.
↑ L. Mercury, P. Vieillard og Y. Tardy Termodynamik af ispolymorfer og 'islignende' vand i hydrater og hydroxider (link utilgængeligt) . Appl. geochem. 16 (2001) 161-181.
↑ D. Eisenberg og W. Kauzmann Vandets struktur og egenskaber Arkiveret 24. april 2014 på Wayback Machine . Oxford University Press, London, 1969.
↑ L. Pauling Vandets struktur. I: Hydrogen bonding, red. D. Hadzi og HW Thompson , Pergamon Press Ltd, London, 1959, s. 1-6.
↑ M. Song, H. Yamawaki, H. Fujihisa, M. Sakashita og K. Aoki Infrarød undersøgelse af is VIII og fasediagrammet for tætte iser . Phys. Rev. B 68 (2003) 014106.
↑ B. Schwager, L. Chudinovskikh, A. Gavriliuk og R. Boehler Smeltekurve for H2O til 90 GPa målt i en laseropvarmet diamantcelle . J. Phys: Kondenserer. Sag 16 (2004) S1177-S1179.]
↑ AF Goncharov, N. Goldman, LE Fried, JC Crowhurst, IF. W. Kuo, CJ Mundy og JM Zaug Dynamisk ionisering af vand under ekstreme forhold Arkiveret 31. juli 2013 på Wayback Machine . Phys. Rev. Lett. 94(2005)125508.
↑ 1 2 3 4 5 6 Revideret frigivelse af trykket langs smelte- og sublimeringskurverne for almindeligt vandstof . International Association for Properties of Water and Steam. Berlin, Tyskland, september 2008.
↑ Mætningslinjeligninger Arkivkopi dateret 20. maj 2017 på Wayback Machine : A. A. Aleksandrov, K. A. Orlov, V. F. Ochkov Termofysiske egenskaber af arbejdsstoffer i varmekraftteknik: Internet-opslagsbog. - M .: MPEI Publishing House. 2009.

Litteratur

JL Aragones, MM Conde, EG Noya, C. Vega. Fasediagrammet over vand ved høje tryk som opnået ved computersimuleringer af TIP4P/2005-modellen: udseendet af en plastisk krystalfase (engelsk) // Fysisk kemi Kemisk Fysik : tidsskrift. - 2009. - Nej. 11 . — S. 543–555 . - doi : 10.1039/B812834K .
C. Vega, JLF Abascal, MM Conde og JL Aragones. Hvad is kan lære os om vandinteraktioner: en kritisk sammenligning af ydeevnen af forskellige vandmodeller // Faraday Discussions. - 2009. - Bd. 141 . - S. 251-276 . - arXiv : 0901.1803v1 .
C.G. Salzmann, I. Kohl, T. Loerting, E. Mayer og A. Hallbrucker. Rene is IV og XII fra amorf is med høj densitet (engelsk) // Can. J. Phys. - 2003. - Vol. 81 . - S. 25-32 . - doi : 10.1139/P02-071 .
Aleksandrov A.A. , Orlov K.A. , V.F. Ochkov Termofysiske egenskaber af arbejdsstoffer i termisk kraftteknik. - 2. udg., revideret. og yderligere - M. : MPEI Publishing House, 2017. - 226 s. Med. - ISBN 978-5-383-01073-0 . (Russisk)
Jana Kalovaa og Radim Maresb. Ligninger for de termodynamiske egenskaber ved mætningslinjen i det superkølede vandområde // ICPWS XV : Preprint. - Berlin, 8.-11. september 2008. - S. 1-5 .
W. Wagner, A. Saul, A. Pruβ. Internationale ligninger for trykket langs smeltningen og langs sublimationskurven for almindeligt vandstof // J. Phys. Chem. Ref. Data: Fortryk. - 1994. - Bd. 23 , nr. 3 . - s. 515-527 .
Percy W. Bridgman. Generel oversigt over visse resultater inden for højtryksfysik : Nobelforelæsning. - 11. december 1946. (ikke tilgængeligt link)

D. V. Antsyshkin, A. N. Dunaeva, O. L. Kuskov. Termodynamik af faseovergange i systemet is-VI - is-VII - vand (engelsk) // Geokemi. - 2010. - Nej. 7 . - s. 675-684 . (utilgængeligt link)
José Teixeira. "Puslespillet" om vandadfærd ved lav temperatur // Vand . - 2010. - Nej. 2 . - S. 702-710 .
Wely Brasil Floriano, Marco Antonio Chaer Nascimento. Dielektrisk konstant og densitet af vand som en funktion af tryk ved konstant temperatur // Brazilian Journal of Physics. - Marts, 2004. - Vol. 34 , nr. 1 . - S. 38-41 .

Fasediagram af vand

Elementer i et fasediagram

Tredobbelte punkter

Issublimeringskurve

Issmeltekurve Ih

Issmeltekurve III

Issmeltekurve V

Ice Melt Curve VI

Ice Melt Curve VII

Dampmætningskurve

Se også

Links

Noter

Litteratur