密度是物理性质还是化学性质
来源:伊秀范 本文已影响1.13W人
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物理性质
密度变化规律
一般来说,不论什么物质,也不管它处于什么状态,随着温度、压力的变化,体积或密度也会发生相应的变化。联系温度T、压力F和密度ρ(或体积)三个物理量的关系式称为状态方程。气体的体积随它受到的压力和所处的温度而有显著的变化。式中R为气体常数,等于287、14米2(秒2*开)。如果它的温度不变,则密度同压力成正比; 如果它的压力不变,则密度同温度成反比。对一般气体,如果密度不大,温度离液化点又较远,则其体积随压力的变化接近理想气体;对于髙密度的气体,还应适当修正上述状态方程。
固态或液态物质的密度,在温度和压力变化时,只发生很小的变化。例如在0℃附近,各种金属的温度系数(温度升高1℃时,物体体积的变化率)大多在10-9左右。
p0是一个大气压下水的密度。若n和B取作7和3000大气压,则一直到105大气压,上述公式和实测数据的误差都在百分之几的范围内。
就整个自然界而言,特大的压力会使某些天体中物质的密度与常见密度相差悬殊。
密度与生活
人体的密度仅有1、02 g/cm,只比水的密度多出一些。汽油的密度比水小,所以在路上看到的油渍,都会浮在水面上。海水的密度大于水,所以人体在海水中比较容易浮起来。(死海海水密度达到1、3g/cm,大于人体密度,所以人可以在死海中漂浮起来。)
应用
科学上
1、鉴别组成物体的材料。
密度是物质的特性之一,每种物质都有一定的密度,不同物质的密度一般是不同。因此我们可以利用密度来鉴别物质。其办法是测定待测物质的密度,把测得的密度和密度表中各种物质的密度进行比较,就可以鉴别物体是什么物质做成的`。
2、计算物体中所含各种物质的成分。
3、计算很难称量的物体的质量或形状比较复杂的物体的体积。
根据密度公式的变形式:m=Vρ或 V=m/ρ,可以计算出物体的质量和体积,特别是一些质量和体积不便直接测量的问题,如计算不规则形状物体的体积、纪念碑的质量等。
4、判定物体是实心还是空心。
判定物体是空心的还是实心的,一般有以下三种方法 :
(1)根据公式,求出其密度 ,再与该物质密度ρ比较,若 <ρ,则为空心,若 =ρ,为实心。
(2)已知质量,由公式,
求出V ,再与V物比较,若V物>V ,则为空心,若V=V物,则该物体为实心。
(3) 把物体当作实心物体对待,利用,求出体积为v的实心物体的质量, 然后将m 与物体实际质量m物比较,若m>m物时,则该物体为空心,若m=m物,则该物体为实心。
5、计算液体内部压强以及浮力等。(密度也可以计算柱体压强)
6、鉴别未知物质
“氩”就是通过计算未知气体的密度发现的。经多次实验后又经光谱分析,确认空气中含有一种以前
不知道的新气体,把它命名为氩。
农业上
对于密度是一个重要的依据。在农业上可用来判断土壤的肥力,含腐殖质多的土壤肥沃,其密度一般为2、3×10千克/米。我们在选种时可根据种子在水中的沉、浮情况进行选种:饱满健壮的种子因密度大而下沉;瘪壳和其他杂草种子由于密度小而浮在水面。在工业生产上如淀粉的生产以土豆为原料,一般来说含淀粉多的土豆密度较大,故通过测定土豆的密度可估计淀粉的产量。
工业上
工厂在铸造金属物之前,需估计熔化多少金属,可根据模子的容积和金属的密度算出需要的金属量。
密度的应用有:
1、鉴别组成物体的材料。测定待测物质的密度,把测得的密度和密度表中各种物质密度进行比较,就可以鉴别物体是什么物质做成的。
2、计算物体中所含各种物质的成分。
3、计算很难称量的物体的质量或形状比较复杂的物体的体积。
4、判定物体是实心还是空心。
5、计算液体内部压强以及浮力等。
6、鉴别未知物质。
密度的用途
密度反映了物质本身的一种特性,它因此可以受到外界因素的影响。一般来讲,影响物质密度的主要物理量为压强和温度。
气体密度受压强和温度的影响比较明显,通常气体只给出标准状况下或者常温常压下的密度,其他状况下的密度可以通过气体的状态方程计算。
液体的密度主要取决于液体的.组分,受温度的影响比较小。很高的压强也会产生明显影响。 固体的密度受温度和压强影响而变化的特性类似于液体,且一般更不明显。此外,还有其他可能影响物质密度的物理因素,比如磁场、电场等。
水 超临界 物理化学
如今超临界水因具备奇特性质,而被许多领域作为反应介质和溶剂来使用。同时在超临界的状态下,控制温度、压力以及操纵化学反应环境就能够加强反应物与产物溶解度,提升化学反应的转化率及反应速率,也不会产生二次污染。因此在这种情形下,探究超临界水所具备的物理化学性质具有现实意义
一、超临界水的特征
当所处环境的温度与压力到了一定值(374、30C、22、05MPa),高温造成水的密度膨胀与高压造成水蒸气被压缩的密度刚好相同时的水。对于超临界水而言,水的气体与液体没什么确保,两者完全交融到一起,形成一种新的处于高压高温状体流体。对于这种流体主要有如下几个方面的特征
1、具备较强氧化能力,有一些物质还能够进行自然并在水中产生火焰。
2、这种流体能够和油等各种物质混合,具备广泛溶解能力。
3、超临界水能够和氮气、氧气等各种气体按照任意比例进行混合,并产生单一相。
二、超临界水物理化学性质
流体在气体――液体相图上共存曲线终点即为临界点,其标志位固定不变的压力与温度点,在这个点上液相和气相间差别恰好消失,形成了一均相体系。水的临界压力为22、05MPa,临界温度为374、30C。一旦温度与压力超过了临界点,就视为了超临界水,形成了介于液体与气体之间特殊状态。
1、密度
当处于超临界环境下,对多控制温度、压力进行改变,让其在液态和气态之间的临界点变化,自然水的密度也就随之在液态水与低压水蒸气密度间进场变化,研究发现临界点密度是0、326g/cm3,当水的密度比较接近0、1g/cm3时就会发生超临界水氧化。
2、粘度
在液体中数以千计的分子不断的碰撞而传递着能量,主要形式有:(1)自由平动之时产生碰撞传递能量;(2)每一个分子和周围分子进行频繁碰撞时传递动量。就是这两种效应大小存在差异,致使不同区域中粘度大小与变化存在差异。在正常情况下,液体粘度一般是随着温度升高随之而降低,而气体粘度且是随着温度升高随之而增大。超临界水就成为了高流动性的性质,随着温度压力变化水粘度变化、
3、热导率
一般情况下,液体的热导率会随着温度升高而随之降低,常温常压情况下水热导率是0、598W/(m、k),当处于临界之时水的热导率大约为0、418W/(m、K),变化不太大。热导率和动力粘度两者具备相似函数形式,温度变化影响比较显著,但是热导率发散特征要强一些,但是缺少局部的最小值。
4、扩散系数
超临界水扩散系数比热蒸汽小,比常态水大。常态水(250C,0、1MPa)扩散系数为7、74×10-6cm2、s-1,过热蒸汽(4500C,1、35MPa)扩散系数为1、79×10-6cm2、s-1,,超临界水(250C,27、0MPa)扩散系数是7、67×10-6cm2、s-1,。事实上在高温高压下采用试验方法极难测定出水的扩散系数,就可以应用Einstern法不断的统计获取。
当水的.密度(β>0、9g/压下,水的扩散系数不但和粘度有关系,还和密度有关。对于高密度水,其扩散系数随着温度增加而降低,随着压力增加而升高;但是对于低密度水,其扩散系数随着温度增加而升高,随着压力增加而降低。而且处于超临界区中,扩撒系数还有最小值。
5、介电常数
介电常数会随着密度增发而升高,随着压力升高而升高,随着温度增发而降低。ε(P)T与ε(T)P变化呈现单调性,但处于临界区时偏微分呈现指数增加,但是到了临界点却趋向无穷。
6、氢键
事实上水中有许多性质都源自于分子间氢键键合性质确定的。但是了解超临界水的特性与结构不够,必然不能认识超临界水的氢键。应用计算机模拟水结构能够得到氢键变化信息,变化的温度能够快速降低氢键总数,还会破坏室温下水的氧四方有序机构;但是在室温环境下,压力对氢键数量影响不大,稍微增加数量、降低氢键线性度。但是温度处于临界温度,和亚临界与超临界相比显著降低水中的氢键。饱和水蒸气中所增加氢键和液相中减低氢键相等,液相中氢键大约占据总量17%。一些专家应用IR光谱法研究高温环境下,水的氢键数量与温度关系,并且得出温度t与氢键度X关系式
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