Повышение вязкости воды
Повышение вязкости воды
Здрасти! Прошу Вас дать подсказку, есть ли какие-либо добавки, при помощи которых можно прирастить вязкость воды? Ситуация последующая — есть стенка, облицованная полосами натурального гранита. На сколах гранита капли воды отрываются от стенки, и летят под углом вниз на пол. Можно ли как-то загустить воду так, чтоб она не отрывалась от стенки?
Здрасти, Андрей!
Неуввязками вязкости и внутреннего трения жидкостей одним из первых занимался французский физик Кулон. Позже этими неуввязками занимались Мейер, Кениг, Гельмгольц, Пиотровский и другие.
С физической точки зрения вязкость воды – свойство воды оказывать сопротивление передвижению ее частиц и характеризующее степень ее текучести и подвижности. В общем случае вязкость является свойством передвигающейся воды и в состоянии покоя не проявляется. Вязкость обуславливает возникновение сил сопротивления при движении воды. Эти силы именуются силами внутреннего трения, либо силами вязкости.
Наличие сил внутреннего трения передвигающейся воды в первый раз установил Ньютон; потом российский ученый В. Н. Петров в 1888 г. привел математическое выражение для силы трения. Исходя из убеждений молекулярной теории вязкость разъясняется как движением молекул, так и наличием молекулярных сил. В жидкостях, где расстояние меж отдельными частичками много меньше, чем в газах, главную роль играет межмолекулярное взаимодействие.
Теория всех этих способов приводит к очень сложным формулам, напоминающим формулы истечения жидкостей через тонкие трубки. Эти расчёты дали для коэффициента внутреннего трения воды при 20° число, очень близкое к отысканному Пуазейлем (0,01009), а конкретно 0,01014.
Динамическая вязкость воды ? определяется по способу Стокса из наблюдений за движением шарика в воде. На шарик, падающий в воды, действует сила тяжести Fт, сила Архимеда Fа и сила внутреннего трения Fсопр. Вследствие этого при некой скорости движения шарика его сила тяжести стопроцентно уравновешивается силой вязкости и силой Архимеда. Отныне движение шарика будет равномерным. Зависимость меж силами, действующими на шарик при его установившемся равномерном движении, выражается равенством Fт = Fа + Fсопр., откуда Fсопр = Fт Fа, но Fт = mg = 4?r3?g/3, где m – масса шарика, r – его радиус, ? – плотность шарика. Fа = mжg = 4?r3?жg/3, где mж – масса воды в объеме шарика, ?ж – плотность воды. Британский ученый Стокс показал, что сила вязкости, возникающая при движении шарика в воды (Fсопр), определяется формулой Fсопр = 6?r??, где ? – скорость шарика, ? – значение вязкости.
График зависимости вязкости воды от температуры показан ниже:
Из графика зависимости вязкости воды от температуры видно, что с увеличением температуры воды её вязкость миниатюризируется. Чем все-таки это вызвано? Из курса химии понятно, что взаимодействие меж молекулами воды вызвано в главном водородными связями (вода, аммиак, фтороводород) и силами Ван-дер-Ваальса. Силы Ван-дер-Ваальса – это силы притяжения меж молекулами вещества в газообразном, водянистом и кристаллическом состояниях, они могут появляться меж полярными, неполярными, также полярными и неполярными молекулами. Силы взаимодействия меж молекулами воды существенно больше по сопоставлению с силами, действующими в газах. Силы взаимодействия меж молекулами воды зависят от ее хим природы. Чем более полярны молекулы воды, тем посильнее взаимодействие меж молекулами и тем поближе по строению и поведению жидкость к кристаллу. Межмолекулярные взаимодействия появляются и меж неполярными молекулами. Если б меж молекулами воды действовали только Вандер-Ваальсовые силы обоюдного притяжения, вода леденела бы при Т = — 90 оС, а закипала бы при Т = + 80 оС; при действии водородных связей, создающих ассоциации молекул Т замерзания 0 оС и кипения Т = + 100 оС.
При повышении температуры водородные связи меж молекулами воды слабеют, означает миниатюризируется взаимодействие меж молекулами воды, а как следует и сила внутреннего трения, но основная причина этого явления заключается в другом. Вязкость воды обоснована межмолекулярным взаимодействием её слоёв, в итоге которого из слоя в слой молекулами переносится импульс m?, где ? – скорость движения молекул, m – масса молекул воды. С ростом температуры межмолекулярные взаимодействия ослабляются из-за термического расширения воды и роста межмолекулярных расстояний, также из-за роста подвижности молекул воды; вследствие этого вязкость миниатюризируется. Межмолекулярное взаимодействие ограничивает подвижность молекул. В воды молекула может просочиться в примыкающий слой только при образовании в нём полости, достаточной для перескакивания туда молекулы. На образование полости (на «рыхление» воды) расходуется так именуемая энергия активации вязкого течения. Энергия активации миниатюризируется с ростом температуры. В этом состоит одна из обстоятельств резкого понижения вязкости жидкостей с увеличением температуры.
Табл. 1. Динамическая вязкость воды при разных температурах *
t, 0С
103, Н с/м2
t, 0С
103, Н?с/м2
t, 0С
103, Н?с/м2
5
10
15
20
21
22
1,519
1,307
1,138
1,002
0,981
0,958
23
24
25
26
27
28
0,936
0,914
0,894
0,874
0,854
0,836
29
30
35
40
45
50
0,818
0,800
0,719
0,653
0,596
0,547
* Данные приведены из – «Лабораторные работы и задачки по коллоидной химии. / Под ред. Ю.Г. Фролова и А.С. Гродского. М.: Химия. 1986. 216с.», «Лаконичный справочник физико-химических величин. / Под ред. А.А. Равделя и А.М. Пономаревой. Л.: Химия. 1983. 232с.».
Табл. 2. Поверхностное натяжение воды при разных температурах *
t , oС
Поверхностное натяжение(ж-г) , мДж/м2
t , oС
Поверхностное натяжениеж-г , мДж/м2
t , oС
Поверхностное натяжениеж-г , мДж/м2
10
11
12
13
14
15
16
74,22
74,07
73,93
73,78
73,64
73,49
73,34
17
18
19
20
21
22
23
73,19
73,05
72,90
72,75
72,59
72,44
72,28
24
25
26
27
28
29
30
72,13
71,97
71,82
71,66
71,50
71,35
71,18
* Данные приведены из – » Лабораторные работы и задачки по коллоидной химии. / Под ред. Ю.Г. Фролова и А.С. Гродского. М.: Химия. 1986. 216с. »
Для воды коэффициент динамической внутреннего трения при 0° равен 0,081, а при 70° 0,0042 либо, говоря другими словами если вязкость воды при 0° измеряется числом 100, то при температуре 70° вязкость воды выражается числом 23,5. Для примера вязкость ртути при 3400° (точка кипения ртути) практически в два раза меньше ее вязкости при 0°. Но в особенности очень меняется с температурой вязкость неких растительных масел: для миндального масла, при нагревании его от 20° до 80°, вязкость миниатюризируется в 6,5 раз, для оливкового масла — от 20° до 80° вязкость миниатюризируется с лишком в 7 раз. Отсюда самым обычным решением вашей трудности может быть внедрение прохладной воды при температурах, близким к 0°. Не считая того, есть водорастворимые синтетические и природные полимеры, повышающие вязкость воды. По хим составу они включают эфиры целлюлозы, желатинизированные крахмалы, оксиды целофана, альгинаты, полиакриламиды, полимеры карбоксивинила и виниловый спирт. Из средств находящихся под рукой для увеличения вязкости воды в неё можно добавить и мыло, и крахмал, и клей, и щёлочь.
В заключение следует выделить, что вязкость воды имеет огромное значение в разных областях технологии. По вязкости в почти всех случаях судят о готовности либо качестве товаров производства, так как вязкость плотно сплетена со структурой вещества и отражает те физико-химические конфигурации материала, которые происходят во время технологических процессов (создание резины, стекла, доменный либо мартеновский процесс). Вязкость имеет огромное значение в разных природных, в особенности био процессах, определяя скорость течения жидкостей и сопротивление, оказываемое ими движению частиц. Изменение вязкости с температурой сказывается на скорости хим реакций, протекающих в био системах, на ряде физико-химических явлений, связанных с жизнедеятельностью клеточки.
С почтением, к.х.н. О. В. Мосин