Последнее обновление: 22.01.2017
Основные физические свойства дистиллированной воды
Ниже приведены важнейшие физические свойства чистой воды:
| Молекулярная масса | 18,01 |
| Радиус молекул, нм | 0,138 |
|
Плотность, кг/м3: при t = 0°С при t = 3,98°С при t = 20°С |
999,841 999,973 998,203 |
| Плотность льда (при t = 0°С), кг/м3 | 916,8 |
| Плотность насыщенного пара (при t = 100°С), кг/м3 | 0,598 |
|
Удельная теплоемкость воды, кДж/кг·К: при t = 0 °С при t = 20 °С |
4,218 4,182 |
| Удельная теплоемкость льда при t = 0°С, кДж/кг·К | 2,04 |
| Удельная теплоемкость водяного пара при t = 100°С, кДж/кг·К | 2,14 |
| Удельная теплота плавления льда (при нормальных условиях), кДж/кг·К | 317,6 |
|
Удельная теплота парообразования воды при атмосферном давлении и t = 100°С, кДж/кг·К |
2250,8 |
|
Теплопроводность воды, ккал/м·ч·°С: при t = 0 °С при t = 20 °С при t = 100 °С |
0,47 0,52 0,59 |
| Теплопроводность льда при t = 0°С, ккал/м·ч·°С | 1,94 |
|
Теплопроводность водяного пара при атмосферном давлении и t = 100°С, ккал/м·ч·°С |
0,02 |
|
Поверхностное натяжение на границе с воздухом, мН/м: при t = 0°С при t = 20°С при/ = 100°С |
74,6 72,7 58,9 |
|
Динамическая вязкость, мПа·с: при t = 0 °С при t = 20 °С при t = 100 °С |
1,79 1,00 0,28 |
| Динамическая вязкость насыщенного водяного пара при t = 100 °С, мП·с | 0,012 |
| Удельная электропроводность абсолютно чистой воды, См/м | 1,5 · 10-6 |
| Диэлектрическая проницаемость, Ф/м | 81 |
Максимальное содержание примесей в дистиллированной воде устанавливается ГОСТ-6709-72.
Технические требования к воде дистиллированной (ГОСТ-6709-72 "Вода дистиллированная. Технические условия"
ГОСТ-6709-72 "Вода дистиллированная. Технические условия" устанавливает следующее содержание примесей, которое допустимо в дистиллированной воде:
| Наименование показателя | Норма |
| 1. Массовая концентрация остатка после выпаривания, мг/дм3, не более | 5 |
| 2. Массовая концентрация аммиака и аммонийных солей (NH4), мг/дм3, не более | 0,02 |
| 3. Массовая концентрация нитратов (КО3), мг/дм3, не более | 0,2 |
| 4. Массовая концентрация сульфатов (SO4), мг/дм3, не более | 0,5 |
| 5. Массовая концентрация хлоридов (Сl), мг/дм3, не более | 0,02 |
| 6. Массовая концентрация алюминия (Аl), мг/дм3, не более | 0,05 |
| 7. Массовая концентрация железа (Fe), мг/дм3, не более | 0,05 |
| 8. Массовая концентрация кальция (Сa), мг/дм3, не более | 0,8 |
| 9. Массовая концентрация меди (Сu), мг/дм3, не более | 0,02 |
| 10. Массовая концентрация свинца (Рb), %, не более | 0,05 |
| 11. Массовая концентрация цинка (Zn), мг/дм3, не более | 0,2 |
| 12. Массовая концентрация веществ, восстанавливающих КМnО4(O), мг/дм3, не более | 0,08 |
| 13. рН воды | 5,4…6,6 |
| 14. Удельная электрическая проводимость при 20 °С, См/м, не более | 5·10-4 |
Об электрическом сопротивлении дистиллированной воды
Как видим, в дистиллированной воде допускается незначительное наличие примесей. Несмотря на то, что ее, вроде бы, принято именовать диэлектриком, все же она имеет не слишком высокое электрическое сопротивление (равное всего 2000 Ом*м). Т.е. это, по сути, неполноценный диэлектрик.
О том, как в домашних условиях измерить электрическое сопротивление (дистиллированной) воды, можно посмотреть здесь
В самом деле, электрическое сопротивление даже низкокачественных твердых и жидких диэлектриков лежит в интервале 106…108 Ом*м. Это, например, дерево, мрамор. Тогда как у хороших диэлектриков его величина гораздо выше и составляет 1014…1018 Ом*м. К ним относятся такие известные диэлектрики, как полиэтилен, фарфор и т.д. Электрическое сопротивление неионизированных газов еще выше и составляет 1017…1018 Ом*м.
Отметим, что столь низкое электрическое сопротивление воды (даже дистиллированной, не говоря уже о химически чистой) по сравнению с «настоящими» диэлектриками вызвано не столько тем фактом, что она является жидкостью (при комнатной температуре и атмосферном давлении), сколько тем, что ее молекулы характеризуются полярностью. Если взять неполярные жидкости, к примеру, трансформаторное масло или бензин, то их электрическое сопротивление будет лежать в пределах 1010…1013 Ом*м, т.е. почти как у качественных твердых диэлектриков.
Т.е., вода дистиллированная (не говоря уже, скажем, о водопроводной) является диэлектриком весьма условно. На самом деле, по величине удельного электрического сопротивления ее можно было бы отнести, скорее, к классу полупроводников.
Правда, в отличие от них, вода, вроде бы, не проявляет типичных полупроводниковых свойств (например, таких, как односторонняя проводимость, вызванная наличием p-n перехода; экспоненциальная зависимость электрического сопротивления от температуры и т.д.).
В самом деле, рассмотрим удельное сопротивление типичных полупроводников:
- Йод: 2·105 Ом*м,
- Антимонит: 2·105 Ом*м,
- Селен: 5·103 Ом*м,
- Пятиокись ванадия: 101…102 Ом*м.
Как видим, эти цифры и в самом деле сравнимые с удельным электрическим сопротивлением дистиллированной воды. Поэтому считать ее диэлектриком можно лишь условно.
Комментарии:
Евгений06.12.2018 12:15
Дистиллированная вода диэлектрик лишь относительно. Даже высокой степени очистки. Но и полупроводниковых свойств у нее нет.
Научный Консалтинг06.12.2018 16:12
Да, дистиллированную воду невозможно использовать, скажем, для электрической изоляции, в отличие от ряда других жидкостей-диэлектриков. Более того, малейшая примесь чего-нибудь растворимого, даже в небольшом количестве, способна резко снизить электрическое сопротивление воды. А такой примесью может быть даже газ, содержащийся в воздухе, например, оксид азота NO2, NO3, оксид серы и т.п.
Сергей 21.07.2022 09:25
Скажите, пожалуйста, а отличается чем либо, теплопроводность дистиллированной воды от обычной?
Ведь если из дистиллированной удалены все примеси, то что же там будет проводить тепло?
Научный Консалтинг21.07.2022 16:48
Сергей, даже если из воды попытаться удалить все примеси (т.е. получить дистиллированную воду абсолютной степени очистки), все равно, там останутся ионы Н+ и ОН-. В силу диссоциации молекул воды.
Кроме того, там есть, например, ион гидроксония Н3О+. И, вполне возможно, что и другие, более сложные комплексные ионы.
Концентрация этих ионов может зависеть, например, от температуры, от наличия источников ионизирующего излучения и т.д. Но, в любом случае, если вода находится в жидком агрегатном состоянии вещества, то ионы будут всегда. Они и обеспечат дополнительный прирост теплопроводности.
Кроме того, даже если предположить, что ионов вообще нет (т.е. степень диссоциации принять равной нулю), возможен, например, конвективный теплообмен. Также радиационный теплообмен и т.д. Как в жидкостях, которые не диссоциируют.
По поводу различий в теплопроводности обычной воды и дистиллированной - к сожалению, точно сейчас сложно сказать, нет под рукой соответствующих цифр. Но, так как электропроводность обычной воды выше, чем дистиллированной, соответственно, и теплопроводность также должна быть выше у обычной воды.
Сергей 21.07.2022 16:54
Большое спасибо за столь развёрнутый ответ.
Мир стал чуточку понятнее
Дмитрий18.10.2022 10:56
"Но, так как электропроводность обычной воды выше, чем дистиллированной, соответственно, и теплопроводность также должна быть выше у обычной воды."
Господа, не путайте теплопроводность/электропроводность металлов, растворов и газов. Там разные механизмы переноса тепла и заряда. Теплопроводность газа связана со скоростью движения молекул, скорость движения молекул зависит от размеров молекул/атомов газа. Теплопроводность аргона ниже, чем у воздуха. Аргон даже закачивали в стклопакеты.
Атомы твердого металла практически неподвижны в кристаллической решётке. Электро- и теплопроводность обеспечивается за счёт "электронного газа", поэтому параметры хорошо коррелируют.
Между электродами в растворе происходит движение ионов. Скорость движения и количство ионов определяет электропроводность. А дальше много разных сложностей. Маленькие ионы лития в воде электростатически притягивают диполи воды (сольватная оболочка) и движутся медленно (это как ходьба в сапогах с налипшей глиной). Маленькие протоны в воде образуют ионы гидроксония Н3О+. Время жизни иона очень мало, ионы гидроксония ловко обмениваются протонами, поэтому протону не надо физически тащиться от одного электрода к другому. Удельная электропроводность кислот и оснований в растворе на порядке выше, чем у солей.
А теплопроводность раствора связана со скоростью движения всех молекул, в разбавленном растворе молекул воды будет значительно больше, чем растворённого вещества.
В итоге, 1 капля серной кислоты на литр воды сильно изменит электропроводность и вообще не повлияет на теплопроводность.
Научный Консалтинг18.10.2022 17:23
Дмитрий, благодарим Вас за уточнение!
Но, тут необходимо отметить, что металлы тоже бывают жидкие. Например, ртуть. Вот, к примеру, данные по жидкостям: http://www.fptl.ru/spravo4nik/teploprovodnost.html
Как видим, у жидкой ртути выше как теплопроводность, так и электропроводность.
Кроме того, в металлах тоже бывают растворы (твердые или жидкие, в зависимости от агрегатного состояния металла). Конечно, можно обсудить и эти моменты тоже, но для этого придется писать отдельную статью.
Если абстрагироваться от (жидких) металлов, ограничившись жидкими неметаллами, то можно взять, скажем, воду и тетрахлорметан. У воды теплопроводность выше. И электропроводность, видимо, тоже. Так как тетрахлорметан - это диэлектрик.
А вот в случае растворов одного и того же вещества - в данном случае, воды - в самом деле, наблюдаются разные нюансы. Например, с ростом содержания растворимых примесей (при небольшой их концентрации), в частности, кислот, теплопроводность воды снижается, тогда как электропроводность растет. Это Вы верно подметили, спасибо.
Это вызвано, по всей видимости, тем, что вода - это особенная в своем роде жидкость. Там и аномалии плотности при изменении температуры и много еще чего.
Однако, по поводу ионного механизма теплопроводности воды - придется, видимо, писать отдельную уточняющую статью. Возможен ли он теоретически или нет. Хотя, там зависимость, судя по всему, будет нелинейная и не все столь однозначно, как, например, с теми же металлами.
Дмитрий19.10.2022 09:17
Все металлы бывают жидкие и даже газообразные, вопрос в температуре. Я говорю про механизмы электропроводности. В компактном металле атомы сидят по узлам кристаллической решётки и могут перескакивать на крайне незначителные расстояния. Электро- и теплопроводность обусловлена "электронным газом". Физики умеют перевести в "металлическое" состояние различные неметаллы, тогда у них (у неметаллов) появляется "металлическая" электропроводность. Это сложная многогранная тема которой занимается физика, материаловедение, физхимия и ещё много разных умных людей.
У нас был простой вопрос, теплопроводность разбавленных растворов. Температура есть скорость движения частиц. В компактных металлах атомы сидят по узлам и не могут далеко ускакать со своего места (до температуры близкой к температуре плавления). В газах и жидкостях частицы беспорядочно летают в разные стороны и постоянно толкаются. Чем быстрее летают, тем сильнее толкаются, это называется повышение температуры. Если мы нагреем одну стенку сосуда с газом или жидкостью, то частицы столкнувшиеся с этой стенкой получат дополнительную энергию и с воплями "горячо, горячо" полетят сильнее толкать другие частицы. Частицы котрых пнули сильнее тоже получают дополнительную энергию. Это называется теплопроводность. Частице, которая "обожглась" о горячую стенку не надо лететь до другой стенки, ей надо пинать всех осатальных, от этого во всем объёме становится "теплее". Этим теплопроводность в растворе отличается от электропроводности. Капля серной кислоты в литре воды не повлияет на способность молекул воды пинать друг друга. А количество токопроводящих протонов изменится сильно.
Дмитрий19.10.2022 09:48
Если писать учебник, а не комментарий, то надо ещё рассказать об элктролитах и неэлектролитах. А элктролиты бывают сильные и слабые. А в воде происходят процессы сольватации (о чём есть отдельные книги). А смеси вода-этанол посвящены тысячи научных работ...
С газами при невысоких давлениях всё просто. Тяжёлая моелкула (атом) движется медленнее, формулы для вычисления скорости и длинны пробега есть в учебнике физики. С жидкостями должно быть сложнее, если их поделить хотя бы на две группы, полярные и неполярные, то у неполярных теплопроводность должна коррелировать с молекулярной массой. Для полярных корреляция должна учитывать массу и полярность. Как классика, температура кипения H2O, H2S, H2Se.
У меня под рукой нет данных что б проверить. Тема то интересная. Всяко кто-то этим серьёзно занимался и написал статью. Если же нет, то вот тема для курсовой работы (не знаю для какого факультета) :)
Научный Консалтинг19.10.2022 14:01
Насчет металлов, в самом деле, существует закон Видемана-Франца. Согласно которому для металлов отношение коэффициента теплопроводности к удельной электрической проводимости пропорционально температуре: Правда есть из него исключения - сверхпроводники, а также некоторые металлы.
Этот закон обусловлен тем, что оба этих явления (и теплопроводность, и электропроводность) в металлах при обычных температурах обеспечивается, в основном, за счет электронного газа. Именно поэтому в металлах электропроводность и теплопроводность связаны прямо-пропорциональной зависимостью (хотя, и не всегда линейной).
Т.е. в металлах исследователи выделяют 2 основных механизма переноса тепла: электронный и решеточный (фононный, т.п.). При обычных (например, при комнатной) температурах электронный механизм существенно превалирует. Именно поэтому в металлах и имеется пропорциональность между электропроводностью и теплопроводностью.
Научный Консалтинг19.10.2022 14:02
А вот в жидкостях, да, Вы правы, электронного механизма нет (точнее, НАВЕРНОЕ, нет). В газах (или в плазме) он еще может быть, но не в жидкостях. Насчет же ионного механизма теплопроводности - например, вот есть работа: http://www.dslib.net/fiz-xim/ionnyj-perenos-tepla-v-solevyh-rasplavah-i-ego-izmenenie-pri-fazovom-perehode.html
(Ионный перенос тепла в солевых расплавах и его изменение при фазовом переходе расплав-кристалл, - докт. дисс.). Автор отмечает, что основным механизмом переноса тепла теплопроводностью в ионном расплаве можно считать передачу импульса тепловой энергии от одного иона к другому в результате их "столкновения" при направленных вынужденных тепловых колебаний. По его мнению, вполне естественной может быть корреляция с молекулярной массой (в ионных расплавах). Причем, с ростом М теплопроводность уменьшается.
Но, это расплавы, а не растворы.
Научный Консалтинг19.10.2022 14:25РедактироватьУдалить
Из монографии "Ионные жидкости: теория и практика (Проблемы химии растворов) / Отв. ред. А.Ю. Цивадзе. Иваново: АО Ивановский издательский дом, 2019.-С.155": В настоящее время количество публикаций, посвященных изучению теплопроводности ИЖ, невелико /151 - 155/. Присутствие в образце ИЖ примесей воды или неорганических солей приводит к ЗАВЫШЕНИЮ значений теплопроводности. Теплопроводность ИЖ мало зависит от температуры, типа и строения катиона, однако вид аниона оказывает на нее значительное влияние.
Т.е. наличие в ионной жидкости примесей - воды или солей приводит к росту теплопроводности. Возможно, по аналогии, можно рассуждать и о воде, как об ионной жидкости. Так как молекула воды имеет изогнутую форму. Т.е. чем больше в воде будет примесей (солей), тем больше должна БЫ быть теплопроводность - если рассуждать по аналогии. Но, судя по экспериментальным данным, именно для воды имеем совершенно обратный эффект: не рост, а падение теплопроводности с ростом содержания примесей в ней при одновременном (резком) росте ее электропроводности.
Впрочем, это еще смотря какие примеси. Например, если радиусы ионов примесей будут близкими к радиусам ионов Н3О+, ОН-, то, вполне возможно, зависимость теплопроводности будет иной (например, если взять Na, Br - судя по работам исследователей).
Но, да, электропроводность тут находится как бы особняком, прямой связи нет. Даже небольшое добавление электролито-образующих примесей ведет к РЕЗКОМУ росту электропроводности; тогда как теплопроводность, даже если и будет увеличиваться (в ряде случаев, для некоторых видов примесей), то не в такой степени.
Всего комментариев: 12