Полная версия

Главная arrow Экология arrow ОКЕАНОЛОГИЯ. ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МОРСКОЙ ВОДЫ

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

КОЛЛИГАТИВНЫЕ СВОЙСТВА МОРСКОЙ ВОДЫ

К коллигативным свойствам растворов относят понижение температуры их замерзания и давления насыщенного пара над ними, повышение температуры кипения, а также явления осмоса. С точки зрения термодинамики, каждое из этих свойств водного раствора зависит от концентрации растворенных веществ в воде и не зависит от их специфических химических характеристик. Обычно это приближение справедливо для идеальных разбавленных растворов, к которым в большинстве случаев можно отнести и морскую воду. Поскольку все коллигативные свойства связаны с концентрацией растворенных веществ, появляется возможность эмпирически выразить зависимость одного свойства через другое, более точно измеряемое.

Температура замерзания

Температура замерзания морской воды 7) имеет огромное лимитирующее значение — ниже температуры 7} вода не охлаждается28. Поэтому на всех Г5-диаграммах изопикны (изостеры) должны быть проведены только до линии температуры замерзания.

28 Одновременно с охлаждением воды до температуры, при которой твердая и жидкая фазы могут находиться в равновесии при данном давлении, начинается рост кристаллов вокруг центров кристаллизации. Ими могут быть взвешенные в воде твердые частицы. Хорошо очищенную от таких частиц воду можно охладить ниже температуры замерзания. Состояние такой переохлажденной воды является метастабиль- ным.

Температура замерзания зависит от давления. Для определения понижения точки замерзания чистой воды (точки плавления льда) с увеличением давления воспользуемся уравнением Клапейрона-Клаузиуса (6.16) для случая сосуществования двух фаз - воды и льда: где А.,. =Г-(г|'-т]') - скрытая теплота плавления чистого льда;

v' и v' - удельные объемы воды и льда. Вывод уравнения приводится в разделе 6.2, по нему строится кривая плавления на Тр- плоскости. Слева от этой кривой лежит область твердой фазы, справа - жидкой.

Если в уравнение Клапейрона-Клаузиуса подставить значение абсолютной температуры Г=273,15°К, удельные объемы чистой воды и льда v'=l,000-10 3 и v"=l,09110'3 м3кг'' и удельную теплоту плавления А./=0,335 10б Дж-кг'1. то получим:

Для определения равновесного давления в системе вода-лед уравнение (6.16) можно проинтегрировать и, с учетом малых изменений удельных объемов воды v' и льда v" вблизи температуры замерзания, получить следующую зависимость [37]:

где р0 - давление при заданной температуре Го-

Замерзание морской воды представляет собой процесс значительно более сложный, чем замерзание чистой воды, ибо в ней имеются растворенные вещества. При замерзании должны возникать дополнительные связи между молекулами воды, но часть этих связей занята ионами растворенных солей. Следовательно, для обеспечения необходимых межмолекулярных связей и достижения минимума потенциальной энергии вода в момент замерзания должна выделить из себя те вещества, которые были в ней растворены. Отсюда следует, что соленость должна влиять на температуру замерзания.

Понижение температуры замерзания раствора определяется формулой Вант-Гоффа:

где и N0- молярная концентрация чистого растворителя (воды) и растворенного вещества; А.'=4,05106 Дж - теплота плавления одного моля растворителя; Г0=273,15°К - температура плавления чистого растворителя; 7?=8,314 Дж-(моль-К)'1 - универсальная (молярная) газовая постоянная. В морской воде при S= 35 молярная концентрация чистой воды До равна «54 моль-кг*1, а основных солей N= моль-кг*1. Тогда NjN0 =0,0185. Подставив

это отношение в (7.2), получим, что ДГ = -1,9° С.

В современных океанографических исследованиях при изучении зависимости температуры замерзания морской воды от солености и давления используется эмпирическое уравнение, предложенное в работе [80]:

где р - давление в дбарах. Формула (7.2) справедлива в диапазоне практической солености от 4 до 40 и давления от 0 до 500 дбар (рис. 7.1).

Зависимость температуры замерзания морской воды (°С) от солености и давления

Рис. 7.1. Зависимость температуры замерзания морской воды (°С) от солености и давления

г dTf

С помощью уравнения Клапейрона-Клаузиуса значение ——

dp

можно экстраполировать до давлений примерно 2700 дбар. Здесь, на предельном давлении существования температуры наибольшей плотности, температура замерзания чистой воды равна

»-2° С. Воды с такой температурой наблюдались под шельфовыми ледниками Антарктиды [66].

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>