Физика атмосферных аэрозольных систем. Довгалюк Ю.А - 42 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

СПбГУ | Санкт-Петербург

Составители: 

Рубрика: 

Глава 3
ТЕРМОДИНАМИКА ФАЗОВЫХ ПЕРЕХОДОВ ВОДЫ В
АТМОСФЕРЕ
3.1. Основные свойства воды
Среди всех веществ, имеющихся на Земле, вода благодаря своеобразию физических и
химических свойств занимает исключительное положение и играет особую роль в жизни человека.
По степени изученности некоторых свойств вода значительно превосходит другие вещества. Именно
поэтому она стала первым эталонным веществом для определения грамма, калории, температурной
шкалы и т.д. Тем не менее до сих пор многие особенности строения и свойств воды остаются еще
невыясненными. Более того, выявляются новые свойства, которые не удается объяснить в рамках
прежних представлений [15, 48-50].
Вследствие существования трех изотопов водорода — протия, дейтерия и трития и шести
изотопов кислорода — O
14
, O
15
, O
16
, O
17
, O
18
, O
19
имеется 36 изотопных разновидностей воды.
Известно, что вода — единственное вещество на Земле, которое встречается в огромных количествах
в естественных условиях во всех трех агрегатных состояниях. В табл. 3.1 приведены характеристики
трех состояний химически чистой воды при 0
0
C.
Таблица 3.1
Характеристика
Фазовое состояние
ρ
, г/см
3
с, кал/(г
⋅
град)
Переход;
L, кал/г
σ
, эрг/см
2
Лед 0,9170,50Лед—вода;
80
лед—пар;
677
Лед—воздух;
80
Вода 1,00 1,00 Вода—пар;
597
Вода—воздух;
75
Водяной пар
0,622
ρ
в
с
p
=0,44
c
V
=0,33
——
Примечание: Здесь
ρ
— плотность вещества; c — удельная теплоемкость;
ρ
a
— плотность воздуха; c
p
—
теплоемкость пара при постоянном давлении c
V
— теплоемкость пара при постоянном объеме; L — удельная теплота
фазового перехода;
σ
— поверхностное натяжение.
Переход вещества из газообразного состояния в жидкое возможен лишь при температуре
ниже критической (T<T
cr
). Температура, встречающаяся в атмосфере, всегда ниже критической
температуры воды, и даже часто ниже температуры плавления льда. Поэтому водяной пар —
практически единственный в условиях атмосферы — может переходить из одного агрегатного
состояния в другое.
Структура и свойства конденсированных фаз воды определяются особенностями строения ее
молекулы. Свободная молекула воды H
2
O состоит из двух атомов водорода, имеющих по одному
электрону в первой электронной оболочке (1s
1
), и одного атома кислорода, имеющего восемь
электронов, расположенных в первой и второй электронных оболочках (1s
2
, 2s
2
2p
4
). Три ядра в
молекуле воды образуют равнобедренный треугольник, в вершине которого находится ядро
кислорода и два протона — в основании. Расстояние OH равно 0,97 Å, H — H — 1,54 Å, валентный
угол HOH составляет 105
0
3
′
(данные для водяного пара) — см. рис. 3.1.

Страницы