Cтраница 2
Теплота, выделяющаяся при замерзании воды, компенсирует потери теплоты от естественного охлаждения, и температура остается постоянной, пока вся вода не превратится в лед. Только после этого дальнейшее охлаждение вызовет понижение темпера -, туры, причем вследствие различия в теплоемкостях жидкой воды и льда скорость понижения температуры и, следовательно, угол наклона кривой будут другими. Кривые А и В ( рис. 172), относящиеся к подобному случаю, обладают четко выраженными горизонтальными участками. Подобные же кривые можно наблюдать и при других фазовых превращениях чистых веществ с большей или меньшей величиной горизонтального участка в зависимости от теплового эффекта данного превращения, количества взятого вещества и скорости отвода теплоты. [16]
В табл. 6.2 приведены значения Ср для каждой из областей гидратации, описанных на рис. 6.2. Величина СР1 для области IV меньше, чем теплоемкость жидкой воды, и близка к соответствующему значению для льда. Теплоемкость жидкой воды приблизительно вдвое больше, чем у льда или у водяного пара, и отражает конфигурационный вклад изменения энтальпии, связанного с зависимой от температуры перегруппировкой водородных связей между молекулами воды. Низкое значение Ср в области IV заставляет, таким образом, предположить, что связанная вода диспергируется вблизи поверхности, а высокое значение в области III указывает на то, что концентрация воды достаточна для образования подвижных сеток с водородными связями, отличающимися по количеству и характеру, аналогично таким связям в жидкой воде. Переход подобного рода - от диспергированного до кластеризованного ад-сорбата - предсказан Хиллом [22] для области низких концентраций адсорбата. [17]
С повышением температуры эти структуры превращаются в менее упорядоченные структуры, характерные для воды в объеме. Из последующего изложения следует, что для значительного увеличения теплоемкости требуется разорвать лишь небольшую долю существующих водородных связей. При сравнении теплоемкости воды и льда при О С обнаруживается, что такой переход обусловливает двукратное увеличение теплоемкости Ср. Будем считать, что во льду не происходит разрыва водородных связей с повышением температуры и что прирост в теплоемкости жидкой воды на 9 кал / ( град-моль) по сравнению со льдом происходит вследствие разрыва водородных связей. Эта оценка находится в прекрасном согласии с величиной, полученной Луком [4] из температурной зависимости интенсивностей полос поглощения в инфракрасном спектре. Из сказанного следует, что теплоемкость является чувствительным индикатором на любое изменение структуры, происходящее при повышении температуры. [18]
Когда эти возможности исчерпаны, теплота адсорбции падает, а теплоемкость возрастает в соответствии с разрывом при нагревании водородных связей в некоторой части образованных при адсорбции воды ассоциатов. Дальнейший рост q и падение Ст обусловлены, в основном, образованием водородно-связанной сетки ассоциатов воды, фиксированной на поверхностях полостей этого цеолита. Когда образование этих ассоциатов завершено, q снова падает, а Ст растет. Наконец, перестройка сетки ассоциатов при заполнении центральных частей полостей цеолита ведет снова к росту q ( уже небольшому) и падению Ст до величины, довольно близкой к теплоемкости жидкой воды. Изменения в инфракрасном спектре при адсорбции воды цеолитом RNaX подтверждают, что с ростом ns происходит поочередное усиление и ослабление водородной связи. Для цеолита NaX этого не наблюдается. [19]
Человеческий организм в среднем выделяет 104 кДж в день благодаря метаболическим процессам. Основной механизм потери этой энергии - испарение воды. Какую массу воды должен ежедневно испарять организм для поддержания постоянной температуры. Примите, что средняя масса человека - 65 кг, а теплоемкость равна теплоемкости жидкой воды. [20]