Language
Country/Area
No result found
Удивительное превращение перегретой воды: как меняются ее свойства при повышении температуры?
Перегретая вода — это жидкая вода, находящаяся под давлением и имеющая температуру между обычной точкой кипения (100 °C или 212 °F) и критической температурой (374 °C или 705 °F). Этот вид воды стабилизируется за счет избыточного давления или нагревания воды в закрытом контейнере для поддержания жидкого состояния при балансе давления насыщенных паров. Ее характеристики существенно отличаются от воды в среде с атмосферным давлением. Исследования показывают, что когда вода нагревается до перегретого состояния, многие ее необычные свойства претерпевают удивительные изменения.
"Водородные связи в воде разрушаются в процессе нагревания, что делает воду менее полярной, в результате чего вода начинает вести себя как органический растворитель".
Природа сверхгорячей воды
По мере повышения температуры воды перегретая вода демонстрирует более значительные изменения свойств, чем другие вещества. С ростом температуры вязкость и поверхностное натяжение воды уменьшаются, а коэффициент диффузии увеличивается. При повышении температуры воды самоионизация воды также увеличится. Ее значение pKw составляет около 11 при 250°C, что свидетельствует о том, что концентрация ионов водорода (H3O+) и гидроксильных радикалов (OH-) в воде увеличивается, но увеличивается. pH остается прежним.
Анализ аномального поведения
Вода — полярная молекула с положительным и отрицательным зарядами, разделенными центром. При нагревании тепловое движение структуры с водородными связями разрушает общую полярность воды, в результате чего относительная диэлектрическая проницаемость воды уменьшается с повышением температуры. При 205°C относительная диэлектрическая проницаемость падает до 33, как и у метанола при комнатной температуре. Это явление приводит к тому, что вода начинает напоминать смесь воды и метанола, что влияет на ее растворимость и химическую реакционную способность.
Изменения растворимости
Органические соединения
По мере повышения температуры растворимость органических молекул часто значительно увеличивается, отчасти из-за изменения полярности. Кроме того, некоторые вещества, считающиеся нерастворимыми при обычных температурах, могут стать растворимыми в перегретой воде. Например, растворимость ПАУ увеличивается на пять порядков при 25°С по сравнению с 225°С.
Соли
Несмотря на снижение относительной диэлектрической проницаемости, многие соли остаются растворимыми до почти критической точки. Например, хлорид натрия имеет растворимость до 37 мас.% При 300 ° С. Однако по мере приближения критической точки его растворимость значительно уменьшается.
Газ
Растворимость газов в воде обычно уменьшается при повышении температуры, но снова повышается после определенной температуры. Растворимость кислорода в перегретой воде особенно повышается, что позволяет применять его в процессах мокрого окисления.
Коррозионное воздействие
Перегретая вода выше 300°C может быть более агрессивной, чем вода комнатной температуры. Это означает, что в этих условиях необходимо проявлять особую осторожность при выборе материалов оборудования, часто требующих использования коррозионностойких сплавов.
Потребности в энергии
Энергия, необходимая для нагрева воды, значительно меньше энергии, необходимой для ее испарения, что делает использование теплообменников для рекуперации энергии более целесообразным. Например, энергия, необходимая для нагрева жидкой воды от 25°C до 250°C, составляет примерно 976 кДж/кг, что значительно меньше, чем 2869 кДж/кг, необходимые для превращения ее в пар.
экстракт и химическая реакция
Перегретая вода широко используется в процессах экстракции и химических реакций. Например, он может быстро и избирательно извлекать из растений ценные компоненты, а также эффективно химически преобразовывать органические материалы в топливные продукты, что имеет большое значение для защиты окружающей среды.
Применение технологии хроматографии
В обращенно-фазовой высокоэффективной жидкостной хроматографии обычно используемой подвижной фазой является смесь метанола и воды. Поскольку диапазон полярности воды стабилен при изменении температуры, это позволяет эффективно использовать ее свойства в хроматографических разделениях для разделения и анализа различных органических соединений.
Трансформация свойств перегретой воды не только раскрывает уникальный потенциал воды как растворителя в науке и промышленности, но и побуждает нас задуматься о том, как вода ведет себя в различных условиях окружающей среды и как ее потенциальное использование может повлиять на технологии будущего. .А экологическая устойчивость?
