TD vlastnosti ideálního plynu

voda
Motto: voda se skládá ze dvou vodíků a jednoho kyslíku. Je zde ale ještě něco, co dělá
vodu vodou, ale žádnej neví, co to je.
D.H. Lawrence (1885-1930)
http://www.lsbu.ac.uk/water/
Water phase anomalies
1. Water has unusually high melting point.
2. Water has unusually high boiling point.
3. Water has unusually high critical point.
4. Solid water exists in a wider variety of stable (and metastable) crystal and amorphous
structures than other materials.
5. The thermal conductivity, shear modulus and transverse sound velocity of ice reduce with
increasing pressure.
6. The structure of liquid water changes at high pressure.
7. Supercooled water has two phases and a second critical point at about -91 °C.
8. Liquid water is easily supercooled but glassified with difficulty.
9. Liquid water exists at very low temperatures and freezes on heating.
10. Liquid water may be easily superheated.
11. Hot water may freeze faster than cold water; the Mpemba effect.
12. Warm water vibrates longer than cold water.
13. Water molecules shrink as the temperature rises and expand as the pressure increases.
Water density anomalies
14.The density of ice increases on heating (up to 70 K). [Explanation]
15.Water shrinks on melting. [Explanation]
16.Pressure reduces ice's melting point. [Explanation]
17.Liquid water has a high density that increases on heating (up to 3.984 °C). [Explanation]
18.The surface of water is denser than the bulk. [Explanation]
19.Pressure reduces the temperature of maximum density. [Explanation]
20.There is a minimum in the density of supercooled water. [Explanation]
21.Water has a low coefficient of expansion (thermal expansivity). [Explanation]
22.Water's thermal expansivity reduces increasingly (becoming negative) at low temperatures.
[Explanation]
23.Water's thermal expansivity increases with increased pressure. [Explanation]
24.The number of nearest neighbors increases on melting. [Explanation]
25.The number of nearest neighbors increases with temperature. [Explanation]
26.Water has unusually low compressibility. [Explanation]
27.The compressibility drops as temperature increases up to 46.5 °C. [Explanation]
28.There is a maximum in the compressibility-temperature relationship. [Explanation]
29.The speed of sound increases with temperature up to 74 °C. [Explanation]
30.The speed of sound may show a minimum. [Explanation]
31.'Fast sound' is found at high frequencies and shows an discontinuity at higher pressure.
[Explanation]
32.NMR spin-lattice relaxation time is very small at low temperatures. [Explanation]
33.The NMR shift increases to a maximum at low (supercool) temperatures [Explanation]
34.The refractive index of water has a maximum value at just below 0 °C. [Explanation]
35.The change in volume as liquid changes to gas is very large. [Explanation]
Water thermodynamic anomalies
36.The heat of fusion of water with temperature exhibits a maximum at -17 °C. [Explanation]
37.Water has over twice the specific heat capacity of ice or steam. [Explanation]
38.The specific heat capacity (CP and CV) is unusually high. [Explanation]
39.The specific heat capacity CP has a minimum at 36 °C. [Explanation]
40.The specific heat capacity (CP) has a maximum at about -45 °C. [Explanation]
41.The specific heat capacity (CP) has a minimum with respect to pressure. [Explanation]
42.The heat capacity (CV) has a maximum. [Explanation]
43.High heat of vaporization. [Explanation]
44.High heat of sublimation. [Explanation]
45.High entropy of vaporization. [Explanation]
46.The thermal conductivity of water is high and rises to a maximum at about 130 °C.
[Explanation]
Water physical anomalies
47.Water has unusually high viscosity. [Explanation]
48.Large viscosity and Prandtl number increase as the temperature is lowered.
[Explanation]
49.Water's viscosity decreases with pressure below 33 °C. [Explanation]
50.Large diffusion decrease as the temperature is lowered. [Explanation]
51.At low temperatures, the self-diffusion of water increases as the density and pressure
increase. [Explanation]
52.The thermal diffusivity rises to a maximum at about 0.8 GPa. [Explanation]
53.Water has unusually high surface tension. [Explanation]
54.Some salts give a surface tension-concentration minimum; the Jones-Ray effect.
[Explanation]
55.Some salts prevent the coalescence of small bubbles. [Explanation]
56.The molar ionic volumes of salts show maxima with respect to temperature.
[Explanation]
A další…
Voda - hustota
Maximum: 3,95oC (3,98)
 = 999.65+0.20438*(T-273.15)-0.061744*(T-273.15)^1.5
(5-100oC)
Soutěž z nano-pohledu:
A: van-der Waalsovy síly
(vyšší entropie,vyšší hustota, a slabší, ale četnější vazby mezi
molekulami) – převažuje při vyšších teplotách
B: vodíkové můstky (uspořádanější struktura, nižší hustota, málo četné, ale
pevné vazby mezi molekulami) převažuje pro t < 4oC
ES – expandované (a, d, f, h)
CS – „kolaps“ struktura (b, c, e, g, i)
nízká teplota
280 molekul -- 3 nm
vysoká teplota
Mpembův jev
ve fyzice označuje zdánlivě nesmyslnou a paradoxní skutečnost, že teplá voda
může zmrznout dřív než voda studená. K tomuto jevu však nemusí dojít vždy
(např. v menším prostoru (mrazáku) může teplá voda v nádobě příliš ovlivnit
teplotu celého prostředí). Je taky třeba upozornit na to, že příčiny Mpembova
jevu nejsou dosud uspokojivě objasněny.
Již staří Řekové
Ve své první knize Meteorologie (zhruba 350 let před Kristem) popisuje Aristoteles poněkud zvláštní rituál obyvatel Pontu
(dnešní části severního Turecka): „Při zimním rybolovu nejdříve rozlili větší množství horké vody kolem děr vysekaných do zamrzlé řeky či
jezera, a pak v rychle vznikajícím ledovém valu upevnili své rákosové udice.“ Zdá se, že Aristoteles byl jedním z prvních, kdo považoval
fakt, že teplejší voda zmrzne rychleji než studená, za celkem přirozený.
Pak uplynulo více než osmnáct století, než se tímto problémem začal zabývat (v zimě roku 1461) Giovanni Marliani.
V mrazivý den vzal po čtyřech uncích vařící a studené vody, a ejhle – vařící voda zmrzla dříve! Téměř o dvě stě let po něm René Descartes
v „Meteorech“ (jednom ze tří dodatků „Rozpravy o metodě“) jeho názor pouze potvrdil: „Ze zkušenosti víme, že zahřátá voda zmrzne
rychleji než nezahřátá.“
Zájem o tento zvláštní jev se pak opět vytratil ze scény, a objevil se až koncem šedesátých let minulého století – v Africe. Mohl za to
tanzanský školák Erasto Mpemba, který si při časté výrobě zmrzliny ve školní kuchyňce všiml, že výchozí směs (jejíž nedílnou součástí bylo
horké převařené mléko) „zezmrzlinovatí“ rychleji, jestliže se dá do mrazáku ihned, bez předchozího chlazení na vzduchu. Mlsnost,
netrpělivost a zvídavost zajistily malému Erastovi nesmrtelnost, tedy alespoň v tom smyslu, že po něm byl jev rychlejšího zmrznutí teplejší
vody pojmenován. Zmrzne ale teplejší voda skutečně rychleji než studená?
Doporučení: voda: 35oC a 5oC
vzduch: -3oC až -8oC
Vesmír 81, 616, 2002/11
Vysoký bod tání
(0°C, CHCl3 -63°C)
Vysoký bod varu
(100°C, CHCl3 61°C)
Kritický bod
(374°C, CH3CH3 32°C)
vše vliv vodíkových vazeb
vysoké povrchové napětí (72.75 mJ/m2, CCl4 26.6 mJ/m2 at 20°C)
kapilární elevace
nutná podmínka „života“ rostlin
-30oC
„vazký“ stav
-70oC
„sklovitý“ charakter
velká viskozita (0.89 mPa.s, methanol 0.55 mPa.s, at 25°C)
vliv 3D struktury vodíkových vazeb
tepelná kapacita cp
kapalina - minimum při 36°C.
„podchlazená“ voda – maximum při -45°C.
vysoké výparné teplo
(40.7 kJ mol-1, H2S 18.7 kJ mol-1)
voda
I-h
13 typů ledu
Ice Ih – přírodní sníh
Ice II
Ice III + Ice IX
Ice V + Ice XIII
XIII