Veden vaihekaavio

Kokeneet kirjoittajat eivät ole vielä tarkistaneet sivun nykyistä versiota, ja se voi poiketa merkittävästi 18.5.2022 tarkistetusta versiosta . tarkastukset vaativat 2 muokkausta .

Veden vaihekaavio on graafinen esitys veden faasien ( neste , vesihöyry ja jään erilaiset muunnelmat ) tasapainotilasta . Se on rakennettu lämpötila - paine - koordinaattijärjestelmään .

Vaihekaavion elementit

Kolmoispisteet

Ei.	Vaiheet			Paine	Lämpötila		Merkintä
Ei.	Vaiheet			MPa	°C	K	Merkintä
yksi	Steam	Vesi	Jää Ih	611,657 Pa	0,01	273,16	[yksi]
2	Steam	Jää Ih	Jää XI	0	−201.0	72.15	[2] [3] [4]
3	Vesi	Jää Ih	Jää III	209.9	−21.985	251,165	[5] [6]
neljä	Jää Ih	Jää II	Jää III	212.9	−34.7	238,45	[5] [6] [7]
5	Jää II	Jää III	Jää V	344,3	−24.3	248,85	[5] [6]
6	Jää II	Jää VI	Jää XV	~800	−143	130	D 2 O [ 8]
7	Vesi	Jää III	Jää V	350.1	−16.986	256,164	[5] [6]
kahdeksan	Vesi	Jää IV	Jää XII	~500-600	~ -6	~ 267	[9]
9	Jää II	Jää V	Jää VI	~ 620	~ -55	~ 218	[kymmenen]
kymmenen	Vesi	Jää V	Jää VI	632.4	0.16	273,32	[5] [6]
yksitoista	Jää VI	Jää VIII	Jää XV	~ 1500	−143	130	D 2 O [8]
12	Jää VI	Jää VII	Jää VIII	2100	~5	~ 278	[11] [12]
13	Vesi	Jää VI	Jää VII	2216	81,85	355	[5] [6]
neljätoista	Jää VII	Jää VIII	Jää X	62 000	-173	100	[13]
viisitoista	Vesi	Jää VII	Jää X	47 000	~ 727	~ 1000	[14] [15]

Jääsublimaatiokäyrä

Jääsublimaatiokäyrä alkaa pisteestä ( 0 Pa; 0 K) ja päättyy veden kolmoispisteeseen ( 611,657 Pa; 273,16 K). Tässä osassa lämpötilan laskiessa sublimaatiopaine laskee eksponentiaalisesti ja 130 K:n lämpötilassa se on merkityksetön ( 10–8 Pa).

Hyvällä tarkkuudella sublimaatiopaine tässä osassa kuvataan eksponentiaalisella

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

missä

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

Tämän kaavan virhe on enintään 1 % lämpötila-alueella 240–273,16 K ja enintään 2,5 % lämpötila-alueella 140–240 K.

Tarkemmin sanottuna sublimaatiokäyrä kuvataan IAPWS :n suosittelemalla kaavalla( 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}\left ({T \yli T_{0}}\oikea)^{b_{i}},

missä

{\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{matriisi}}

Jään sulamiskäyrä Ih

Jään Ih (eli tavallisen jään) sulamiskäyrä faasikaaviossa matalapainealueella on lähes pystysuora suora viiva. Siten siirryttäessä kolmoispisteestä (611 Pa) ilmakehän paineeseen (101 kPa) sulamislämpötila laskee vain 0,008 K (273,16:sta 273,15 K:iin). Sulamispisteen alentamiseksi 1 K:lla vaadittava paine on noin 132 atm. Sulamiskäyrä vaaka-akselia pitkin on lämpötila-alueella 251,165–273,16 K (–21,985 ... 0,01 °C) . Alin sulamispiste (-21,985 °C) saavutetaan paineessa 208,566 MPa (2058 atm).

Jään sulamiskäyrä Ih on ainoa faasimuutos, joka liittyy veden aggregaatiotilan muutokseen, jolla on käänteinen kulmakerroin (paineen kasvaessa sulamislämpötila laskee). Tämä seikka ( le Chatelier'n periaatteen mukaisesti ) selittyy sillä, että jään Ih tiheys on pienempi kuin veden samalla paineella. Kaikki muut jään muunnelmat ovat vettä raskaampia, niiden sulamispiste kohoaa paineen noustessa.

Sulamiskäyrä kuvataan IAPWS:n [16] suosittelemalla kaavalla :

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

missä

{\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{matriisi }}

Jään sulamiskäyrä III

Jään III sulamiskäyrä alkaa veden jähmettymislämpötilan minimipisteestä (251,165 K; 208,566 MPa), jossa tavallinen jää muuttuu rakenteellisen muunnelman III pisteeksi, ja päättyy pisteeseen (256,164 K; 350,1 MPa), jossa vaiheiden III ja V välinen raja kulkee.

Sulamiskäyrä kuvataan IAPWS:n [16] suosittelemalla kaavalla :

{\frac {P}{P_{0}}}=1-0,299948\left[1-\left({T \over T_{0}}\right)^{60}\right],

missä

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

Jään sulamiskäyrä V

Jään V sulamiskäyrä alkaa pisteestä (256,164 K; 350,1 MPa), vaiheiden III ja V väliseltä rajalta ja päättyy pisteeseen (273,31 K; 632,4 MPa), jossa vaiheiden V ja VI välinen raja kulkee.

Sulamiskäyrä kuvataan IAPWS:n [16] suosittelemalla kaavalla :

{\frac {P}{P_{0}}}=1-1,18721\left[1-\left({T \over T_{0}}\right)^{8}\right],

missä

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

Ice Melt Curve VI

Jään VI sulamiskäyrä alkaa pisteestä (273,31 K; 632,4 MPa), vaiheiden V ja VI väliseltä rajalta ja päättyy pisteeseen (355 K; 2216 MPa), jossa vaiheiden VI ja VII välinen raja kulkee.

Sulamiskäyrä kuvataan IAPWS:n [16] suosittelemalla kaavalla :

{\frac {P}{P_{0}}}=1-1,07476\left[1-\left({T \over T_{0}}\right)^{4,6}\right ],

missä

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

Ice Melt Curve VII

Jään VII sulamiskäyrä alkaa pisteestä (355 K; 2216 MPa), vaiheiden VI ja VII väliseltä rajalta ja päättyy pisteeseen (715 K; 20,6 GPa), jossa vaiheen VII raja kulkee.

Sulamiskäyrä kuvataan IAPWS:n [16] suosittelemalla kaavalla :

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

missä

{\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} }

Steam saturation curve

Vesihöyryn kyllästymiskäyrä alkaa veden kolmoispisteestä (273,16 K; 611,657 Pa) ja päättyy kriittiseen pisteeseen (647,096 K; 22,064 MPa). Se näyttää veden kiehumispisteen tietyssä paineessa tai vastaavasti kylläisen vesihöyryn paineen tietyssä lämpötilassa. Kriittisessä pisteessä vesihöyryn tiheys saavuttaa veden tiheyden, jolloin ero näiden aggregaatiotilojen välillä katoaa.

IAPWS-suositusten mukaan kyllästysviiva on esitetty implisiittisenä toisen asteen yhtälönä suhteessa normalisoituun lämpötilaan θ ja normalisoituun paineeseen 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,

missä

\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}}}\oikea)^{0,25};\quad P_{0}=1~\mathrm {MPa} ;

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

Tietylle lämpötilan T absoluuttiselle arvolle lasketaan normalisoitu arvo θ ja toisen asteen yhtälön kertoimet

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},

jonka jälkeen β :n arvo löydetään

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

ja paineen absoluuttinen arvo

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

Tyydyttyneen vesihöyryn paine (kPa) eri lämpötiloissa

(pysty on asteiden kokonaisluku, vaaka on murtoluku)

T°C	.0	,yksi	.2	.3	, neljä	,5	.6	.7	,kahdeksan	,9
0	0,6112	0,6571	0,7060	0,7581	0,8135	0,8726	0,9354	1.002	1,073	1.148
kymmenen	1.228	1.313	1.403	1,498	1,599	1.706	1.819	1,938	2,065	2.198
kaksikymmentä	2.339	2.488	2.645	2.811	2,986	3.170	3.364	3,568	3,783	4.009
kolmekymmentä	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
viisikymmentä	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

Katso myös

Linkit

Kyllästetyn vesihöyryn paineen ja lämpötilan käyrän online-laskenta
IAPWS . Kansainvälisen veden ominaisuuksien tutkimusyhdistyksen verkkosivusto.
Vesifaasikaavio .
Veden ja höyryn lämpöfysikaaliset ominaisuudet .
Veden vaihe-rajakäyrät .
Kyllästyshöyrynpaineformulaatiot .
Vesi (tietosivu) (linkkiä ei ole saatavilla) .

Muistiinpanot

↑ L.A.Guildner, D.P. Johnson ja F.E. Jones. Veden höyrynpaine sen kolmoispisteessä // J. Res. Nat. Bur. Stand.. - 1976. - Vol. 80A . - s. 505-521 . Arkistoitu alkuperäisestä 30. huhtikuuta 2010.
↑ MJ Francis, N. Gulati ja RM Pashley. Luonnonöljyjen dispersio kaasuttomassa vedessä (englanniksi) // J. Colloid Interface Sci .. - 2006. - Voi. 299 . - s. 673-677 . (linkki ei saatavilla)
↑ R. M. Pashley, M. Rzechowicz, L. R. Pashley ja M. J. Francis. Kaasuton vesi on parempi puhdistusaine // J. Phys. Chem.. - 2005. - Voi. 109 . - s. 1231-1238 . Arkistoitu 14. toukokuuta 2019.
↑ R. M. Pashley, M. J. Francis ja M. Rzechowicz. Ei-vesipitoisten nesteiden hydrofobisuus ja niiden dispersio vedessä kaasuttomissa olosuhteissa // Curr . Opin. Colloid Interface Sci. - 2008. - Voi. 13 . - s. 236-244 . (linkki ei saatavilla)
↑ 1 2 3 4 5 6 Paineen vapautuminen tavallisen vesiaineen sulamis- ja sublimaatiokäyrillä . IAPWS, 1993.
↑ 1 2 3 4 5 6 P. W. Bridgman Vesi, nestemäisessä ja viidessä kiinteässä muodossa, paineen alaisena . Proc. Olen. Acad. Arts Sci. 47, 1912, 439-558.
↑ JLF Abascal, E. Sanz, RG Fernández ja C. Vega Mahdollinen malli jään ja amorfisen veden tutkimukseen: TIP4P/Ice . J. Chem. Phys. 122 (2005) 234511.
↑ 1 2 C. G. Salzmann, P. G. Radaelli, E. Mayer ja J. L. Finney Ice XV: uusi termodynaamisesti stabiili jään vaihe Arkistoitu 3. helmikuuta 2020 Wayback Machinessa . arXiv:0906.2489v1, cond-mat.mtrl-sci (2009).
↑ EA Zheligovskaya, GG Malenkov Kiteiset vesijäät Arkistoitu 28. syyskuuta 2006 Wayback Machinessa . Russian Chem. Rev. 75 (2006) 57-76.
↑ L. Mercury, P. Vieillard ja Y. Tardy Jääpolymorfien ja "jäämäisen" veden termodynamiikka hydraateissa ja hydroksideissa (linkki ei ole käytettävissä) . Appl. geochem. 16 (2001) 161-181.
↑ D. Eisenberg ja W. Kauzmann Veden rakenne ja ominaisuudet Arkistoitu 24. huhtikuuta 2014 Wayback Machinessa . Oxford University Press, Lontoo, 1969.
↑ L. Pauling Veden rakenne. Julkaisussa: Hydrogen bonding, toim. D. Hadzi ja HW Thompson , Pergamon Press Ltd, Lontoo, 1959, s. 1-6.
↑ M. Song, H. Yamawaki, H. Fujihisa, M. Sakashita ja K. Aoki Infrapunatutkimus jäällä VIII ja tiheiden jääten vaihekaavio . Phys. Rev. B 68 (2003) 014106.
↑ B. Schwager, L. Chudinovskikh, A. Gavriliuk ja R. Boehler H2O:n sulamiskäyrä 90 GPa:iin mitattuna laserilla lämmitetyssä timanttikunnossa . J. Phys: Condens. Asia 16 (2004) S1177-S1179.]
↑ AF Goncharov, N. Goldman, LE Fried, JC Crowhurst, IF. W. Kuo, CJ Mundy ja JM Zaug Veden dynaaminen ionisaatio ääriolosuhteissa Arkistoitu 31. heinäkuuta 2013 Wayback Machinessa . Phys. Rev. Lett. 94(2005)125508.
↑ 1 2 3 4 5 6 Tarkistettu paineen vapautuminen tavallisen vesiaineen sulamis- ja sublimaatiokäyrillä . Veden ja höyryn ominaisuuksien kansainvälinen liitto. Berliini, Saksa, syyskuu 2008.
↑ Saturaatioviivayhtälöt Arkistokopio päivätty 20. toukokuuta 2017 Wayback Machinessa : A. A. Aleksandrov, K. A. Orlov, V. F. Ochkov Lämpövoimatekniikan työaineiden lämpöfysikaaliset ominaisuudet: Internet-viitekirja. - M .: MPEI Publishing House. 2009.

Kirjallisuus

JL Aragones, MM Conde, EG Noya, C. Vega. Veden vaihekaavio korkeissa paineissa TIP4P/2005-mallin tietokonesimulaatioilla saatuna: muovikidefaasin ulkonäkö (englanniksi) // Physical Chemistry Chemical Physics : Journal. - 2009. - Ei. 11 . — s. 543–555 . - doi : 10.1039/B812834K .
C. Vega, JLF Abascal, MM Conde ja JL Aragones. Mitä jää voi opettaa meille veden vuorovaikutuksista: kriittinen vertailu eri vesimallien suorituskyvystä // Faraday Discussions. - 2009. - Vol. 141 . - s. 251-276 . - arXiv : 0901.1803v1 .
C.G. Salzmann, I. Kohl, T. Loerting, E. Mayer ja A. Hallbrucker. Puhtaat jäät IV ja XII tiheästä amorfisesta jäästä (englanniksi) // Can. J. Phys. - 2003. - Voi. 81 . - s. 25-32 . - doi : 10.1139/P02-071 .
Aleksandrov A.A. , Orlov K.A. , V.F. Ochkov Lämpövoimatekniikan työaineiden lämpöfysikaaliset ominaisuudet. - 2. painos, tarkistettu. ja ylimääräisiä - M. : MPEI Publishing House, 2017. - 226 s. Kanssa. - ISBN 978-5-383-01073-0 . (Venäjän kieli)
Jana Kalovaa ja Radim Maresb. Termodynaamisten ominaisuuksien yhtälöt kyllästymisviivalla alijäähdytetyn veden alueella // ICPWS XV : Preprint. - Berliini, 8.-11. syyskuuta 2008. - P. 1-5 .
W. Wagner, A. Saul, A. Pruβ. Kansainväliset yhtälöt paineelle tavallisen vesiaineen sulamis- ja sublimaatiokäyrällä // J. Phys. Chem. Viite. Tiedot: Preprint. - 1994. - Voi. 23 , ei. 3 . - s. 515-527 .
Percy W. Bridgman. Yleinen katsaus tiettyihin tuloksiin korkeapainefysiikan alalla : Nobel-luento. - 11. joulukuuta 1946. (linkki ei käytettävissä)

D. V. Antsyshkin, A. N. Dunaeva, O. L. Kuskov. Faasimuutosten termodynamiikka järjestelmässä ice-VI - ice-VII - water (englanniksi) // Geochemistry. - 2010. - Ei. 7 . - s. 675-684 . (linkki ei saatavilla)
Jose Teixeira. Veden käyttäytymisen "palapeli" matalassa lämpötilassa // Vesi . - 2010. - Ei. 2 . - s. 702-710 .
Wely Brasil Floriano, Marco Antonio Chaer Nascimento. Dielektrinen vakio ja veden tiheys paineen funktiona vakiolämpötilassa // Brazilian Journal of Physics. - Maaliskuu, 2004. - Vol. 34 , no. 1 . - s. 38-41 .