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Diagrama de fases da Água

Diagramas de fase mostram os estados preferido física da matéria em diferentes temperaturas e pressão. Dentro de cada fase, o material é uniforme com relação à sua composição química e estado físico. A temperaturas e pressões típicas da Terra (marcado por um ' E ' abaixo ) a água é um líquido, mas torna-se sólido (ou seja, gelo) se a temperatura é reduzida abaixo de 273 K e gasosos (isto é, o vapor de água) umase a sua temperatura é elevada acima de 373 K, com a mesma pressão. Cada linha (fase) em um diagrama de fase representa uma fronteira de fase e dá as condições, quando duas fases podem coexistir de forma estável (em qualquer proporção relativa). Aqui, uma pequena mudança na temperatura ou pressão pode causar as fases de forma abrupta mudança de um estado físico para o outro. Onde três linhas fase de juntar-se, há um "ponto triplo", quando três fases de forma estável, mas pode coexistir de forma abrupta e mudar totalmente um no outro dado uma ligeira mudança na temperatura ou pressão. Nas condições singular de temperatura e pressão, onde a água líquida, a água gasosa e gelo hexagonal estável coexistem, há um "ponto triplo", onde tanto do ponto de ebulição da água e ponto de fusão do gelo são iguais. Quatro linhas de fase não pode reunir-se em um único ponto. A 'ponto crítico' ocorre no final de uma linha de fase em que as propriedades das duas fases tornam-se indistinguíveis uns dos outros, por exemplo, quando, em condições singulares de temperatura e pressão, a água é quente o suficiente liqiuid e água gasosa está sob pressão suficiente que suas densidades são idênticos. Pontos críticos são encontrados geralmente no final de alta temperatura da linha de fase líquido-gás.

O diagrama de fase da água

O diagrama de fase da água é complexa, bter um número de pontos triplos e uma ou possivelmente duas, pontos críticos.Muitas das formas cristalinas metaestável pode permanecer em grande parte do espaço de fase de baixa temperatura em baixas pressões. Um modelo termodinâmico de água e gelo I h, III , V e VI [ 1320 ] funções e termodinâmica das transições de fase [ 1658 ] têm sido descritas. Os gelos conhecido pode ser dividido, por análise de cluster das suas estruturas [1717 ], para os gelos de baixa pressão ( de gelo hexagonal , cúbico de gelo e gelo-eleven ). os gelos de alta pressão ( gelo e sete , e oito de gelo e gelo-dez ) e os outros (que se encontra na faixa relativamente estreita de pressões moderadas entre cerca de 200-2000 MPa).

 

Diagrama de fases da água

 



 

 

Diagrama de fase, close-up em IceIII

As condições de temperatura média em E arth,M ars e V enus são indicados. A parte central do complexo do diagrama de fases é expandida oposto. O ponto crítico ea linha laranja no gelo e um espaço de fase referem-se à baixa densidade ( LDA ) e de alta densidade ( HDA ) formas de água amorfo (gelo) [ 16 ].Embora geralmente aceite e apoiada por evidência experimental diversas [ 754 um861], A existência desta segunda, se metaestável, ponto crítico é absolutamente impossível provar, no momento presente e é ponto crítico no espaço líquido-vapor (no canto superior direito, acima ), a água é supercrítico existentes como pequenos, mas como o hidrogênio líquido-ligado aglomerados dispersos dentro de uma fase gasosa-like [ 456894], Onde as propriedades físicas, tais como o comportamento de gás ou líquido-like-like, variam em resposta a densidade de mudança ea distinção normal entre gás e líquido desapareceu. O isochor crítica (densidade de 322 kg m -3 ) é mostrado como a extensão da linha tracejada fina, o que pode ser pensado como mais dividindo-líquido-like e mais de gás-como propriedades [ 540]. dAs propriedades da água supercrítica csão muito diferentes de água do ambiente. Por exemplo, a água supercrítica é um solvente pobre para eletrólitos, que tendem a formar pares de íons. No entanto, é como um excelente solvente para não-polar moléculas, devido a sua baixa constante dielétrica ligação de hidrogênio e pobres, que muitos são completamente miscíveis. Viscosidade e dielétrica ambos diminuem substancialmente enquanto auto-ionização aumenta substancialmente.As propriedades físicas da água próximo ao ponto crítico (perto de crítica) são particularmente fortemente afetados [ 677], Flutuações de densidade extrema em torno do ponto crítico causas de turbidez opalescente. Muitas propriedades de mudança de água fria líquido acima de cerca de 200 MPa (por exemplo, a viscosidade , a auto-difusão , compressibilidade ,espectros Raman e separação molecular ), que pode ser explicado pela presença de uma fase de alta densidade líquida contendo ligações de hidrogênio interpenetrando. As propriedades químicas da água são também muito mudou em altas temperaturas e pressões devido às mudanças na ionização , solubilidade , difusividade e reatividade, devido à diminuiçãopontes de hidrogênio [ 1116]. 

3-D gráfico pressão-temperatura, densidade, líquido-gás dados derivados de ref 540

Mudanças de densidade

 

 

Com o aumento da pressão, as fases de gelo tornam-se mais denso.Isto é conseguido, inicialmente flexão títulos, formando mais apertado do anel ou redes helicoidais e, finalmente, incluindo uma maior quantidade de rede de inter-penetração. Isto é particularmente evidente quando se compara de gelo e cinco com os gelos metaestável (gelo e quatro anos e gelo doze) que possam existir no seu espaço de fase.

2-D gráfico pressão-temperatura, densidade, líquido-gás dados derivados de ref 540

 

 

Os dados líquido-vapor de densidade para os gráficos acima, do lado oposto e abaixo foram obtidos a partir da IAPWS-95 equações [ 540 ]. Diagramas de fase de água para outras são apresentadas em outro trabalho [681 ]. A densidade da água supercooled (emulsionado) sob pressão recentemente foi determinada [ 1685 ].

Variação na densidade da água líquida, gasosa e supercrítica com emperatura e pressão

Densidade da água, líquidos e sólidos ao longo da linha de fase

 

A densidade da água em estado líquido aumenta com o aumento da pressão.

 

Oposto visto é a densidade de líquidos e sólidos (que é o CIEM) de água ao longo da linha de fase líquido-sólido. Note-se que a temperatura varia ao longo desta linha de fase (como mostra a tracejado). Gelo hexagonal é menos denso que a água líquida enquanto os gelos outros encontrados em equilíbrio com a água são mais densas, com mudanças de fase que ocorrem na abordagem das densidades líquidas e sólidas. 

Pontos triplos

Pontos triplos ocorrem em três linhas de fase e se juntar as três fases podem coexistir em equilíbrio.

   

Notas de Rodapé

uma água gasosa é vapor de água. Em ciência e engenharia, "vapor" a palavra é usada também para o vapor de água, mas geralmente quando acima do ponto de ebulição da água. Como é comumente usado no idioma Inglês, 'vapor' também pode significar a nuvem branca de multa gotículas de água líquida de vapor de água condensado que é produzida por uma chaleira a ferver, por exemplo. Voltar ]

 

Diagrama de fases da água, se comportou como um material mais típico de seu peso molecular

 

b Se a água se comportasse mais tipicamente como um material de baixo peso molecular, seu diagrama de fase pode ter olhado um pouco como esse (onde 'x' marcas das condições ambientais na Terra). 

c água supercrítica apresenta um ambiente reativo [ 1507]. Difração de nêutrons mostrou que tetrahedral líquido-como estados são observados em água supercrítica em cima de uma densidade limiar, enquanto abaixo deste limiar de densidade de gás, como a água forma pequenas, trigonal, configurações foliáceas [ 1508]. Em condições extremas (por exemplo, 2,38 centímetros g -3 , 3000 K), água quente e denso pode ser extremamente reativo [ 1564]. 

 

d Este é aparentemente similar ao loci de <a data-cke-saved-href="http://www.lsbu.ac.uk/water/data.html#CP" href="http://www.lsbu.ac.uk/water/data.html#CP" style="padding-top: 0px; margin-top: 0px; margin-bottom: 0px; text-decoration: none; cursor: pointer; color: green; " title="ir para a página " propriedades="" da="" água="" de="" dados="" '"="">P , expansão térmica e compressibilidade maxima, (o "Widom" linha [ 1715]). 

fonte: http://www.lsbu.ac.uk/water/phase.html

 

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