Смягчитель для воды

Зачем делать умягчение воды?

Применение жесткой воды имеет следующие негативные последствия:

Низкие вкусовые характеристики. Вода, как правило, горьковата, иногда имеет ярко выраженный металлический привкус.
Ухудшение качества продуктов. Жесткая вода при хранении вызывает выпадение солей. Такой может оказаться как бутилированная вода, так и та, которая используется для изготовления соков, пива, водки. Часто на стенках бутылок остаются потеки, которые трудно отмыть даже с использованием специальных средств

Поэтому так важно регламентировать жесткость воды, применяемой в пищевой промышленности. Рекомендуемый показатель здесь — 0,1–0,2 мг-экв/л.
Отрицательное влияние на организм и здоровье человека

Регулярное  употребление воды с высоким содержанием солей может привести к проблемам в работе органов пищеварения и мочевой системы.
Пересушивание кожных покровов. Если у вас после водных процедур — принятия душа, ванны, умывания и мытья головы возникает ощущение стянутости и обезвоживания кожи, причиной этого могут быть не только используемые средства личной гигиены (мыло, гель, пенка), но и жесткая вода. Она оставляет налет на волосах и коже и создает неприятное ощущение “жесткости”.
Больший расход моющих средств. При стирке соли, содержащиеся в воде, активно взаимодействуют с поверхностно-активными веществами (ПАВ) стиральных порошков и связывают их. В результате вам приходится использовать значительно больше той нормы порошка, что прописана в инструкции. Кроме того, жесткая вода вредит структуре ткани.
Вывод из строя бытовой техники. Оседая в виде накипи на стенках или нагревательных элементах электрочайников, стиральных машин, бойлеров, избыток солей очень часто приводит к их поломкам. При нагревании жесткой воды примерно на 15-20 % увеличивается количество потребляемой электроэнергии.
Налет на сантехнике и поверхностях. Может откладываться внутри и снаружи водопроводных кранов, на кафельной плитке, в бачке унитаза и постепенно разрушает их. Очистить накипь очень сложно и вид она имеет непривлекательный.
Вред для промышленных систем. Накапливаясь в трубопроводах и на поверхности теплообменного оборудования, соли жесткой воды способны надолго вывести их из строя. Наличие солей также приводит к снижению коэффициента теплопередачи,  увеличению энергетических затрат и расхода топлива.

Чем опасен

У жидкости с увеличенной концентрацией солей железа, кальция или магния присутствует неприятный слегка соленый или горький привкус. При регулярном употреблении вкусовые рецепторы привыкают к жесткости, поэтому неудобства часто не замечают. Белый осадок в воде опасен не только для людей, но и для техники. 

Для живых организмов

Жидкость с высоким содержанием минеральных солей негативно влияет на здоровье живых существ. Регулярное потребление нерастворимых веществ провоцирует образование почечных камней и закупоривает кровеносные сосуды. Чем дольше используется вредная влага, тем разрушительней результат.

Чем опасна жесткая жидкость Источник 4.bp.blogspot.com

Присутствие белого осадка в воде негативно влияет на кожу человека. Моющие средства плохо мылятся и растворяются в воде. Компоненты закрывают поры, нарушается естественное дыхание верхних покровов. После мытья головы с волос уничтожается защитный слой, поэтому часто наблюдается:

• перхоть;
• зуд;
• облысение.

Характерный скрип кожи или волос после мытья – первый признак нарушения. Использование влаги с высокой концентрацией железных солей приводит к обезвоживанию и сухости. Восстанавливают природный баланс при помощи кремов, бальзамов и масок.

Белый осадок в воде замедляет процесс приготовления еды. Высокая концентрация минеральных солей мешает как варке мяса, так и усвоению белков пищеварительной системой. Регулярная нагрузка желудка и кишечника приводит к нарушениям в работе организма.

Вред влаги с белым осадкомИсточник tribunecontentagency.com

Наличие белого осадка в воде одинаково вредно как человеку, так и домашним животным. При кормлении питомцев сухими рационами существует опасность возникновения мочекаменной болезни. Купание кошек и собак в жесткой жидкости приводит к выпадению шерсти.

Белый осадок в воде опасен для растений. Высокая концентрация нерастворимых солей изменяет минеральный состав грунта. При регулярном поливе на верхнем слое почвы и на корнях появляется светлый налет. Из-за твердого слоя подземные части плохо поглощают питательные вещества, что приводит к неравномерному развитию и гибели. 

Для бытовой техники

Жесткая жидкость с белым осадком уменьшает сроки эксплуатации электрических приборов. При нагревании воды на стенках образовывается накипь. Твердый кристаллический слой оседает на деталях устройств. Чтобы подогреть воду в чайнике, машинке или бойлере, техника тратит больше времени и энергии. Регулярная работа на предельной нагрузке приводит к быстрому выходу из строя.

Твердый налет на нагревательных деталяхИсточник mirnadivane.ru

Белый осадок в воде снижает способность моющих веществ пениться и отмывать грязь. Чтобы отстирать одежду или вымыть жирную посуду, человеку приходится больше использовать порошков, мыла или гелей. При увеличении объема быстрее расходуется бытовая химия. 

Налет на деталях стиральной машиныИсточник narodnij-servis.ru

Из-за жесткой воды с белым осадком на постиранной ткани появляется налет и светлые разводы. Высокая концентрация минеральных солей делает материал тусклым. Набивные рисунки становятся едва заметными, а оттенок полотна выцветает. Мелкие частицы забиваются между волокнами, поэтому одежда теряет эластичные свойства.

Присутствие белого осадка в воде провоцирует кристаллизацию на внутренних поверхностях труб. Из-за накипи сантехнические детали истончаются, что приводит к разрушениям и порывам. На отопительных приборах снижение давления ведет к уменьшению теплоотдачи и энергозатратам дома.

Ионообменное умягчение воды

Этот способ — один из наиболее востребованных на сегодняшний день. Принцип обработки жидкости заключается в ее фильтрации через материалы, включающие мелкозернистую смолу для умягчения воды. В результате происходит обмен ионов (натриевые элементы замещают избыток кальция и магния).

Виды ионнообменных систем для умягчения воды

В зависимости от предполагаемого объема воды, отдают предпочтение более подходящему варианту:

• экономичный корпус с колбой, в который засыпаются кристаллы и по мере необходимости меняются на новые;
• картридж для умягчения воды — сменный элемент, который устанавливается в фильтр, обновлению не подлежит, только замене на новый;
• регенеративные фильтры усложненной конструкции — в таких системах происходит автоматическое обновление свойств смолы по мере необходимости.

Преимущества:

1. Высокая производительность.
2. Хорошее качество умягчения.
3. Длительный срок действия.
4. Минимальное участие в процессе обновления.

Недостатки:

1. Высокая стоимость фильтров последнего типа.
2. Необходимость личного контроля и регулярных расходов на приобретение сырья для заправки колбы или переустановки картриджа.
3. Вода пригодна для бытовых нужд, но не для приготовления пищи или питья.

Техническая реализация умягчения воды в системах бытового водоснабжения

Какие же способы умягчения, помимо банального кипячения или добавки вручную в воду специальных химических средств, используют на бытовом уровне.

Магнитные умягчители воды

Сравнительно недорогие и не требующие профилактического вмешательства в процессе их эксплуатации. Хорошое решение в качестве фильтра-умягчителя воды для дома, котеджа или квартиры.

Принцип – создание мощного магнитного поля на входе воды в бытовые устройства. Могут оснащаться постоянными магнитами или же работать от сети переменного тока.

Конструктивно могут представлять собой цилиндр с резьбовыми соединениями с обеих концов. Он просто врезается в трубу как можно ближе к точке потребления воды. Более простой вариант-два полуцилиндра, скрепляемые на теле трубы в нужном месте.

Электромагнитные умягчители имеют блок питания и управления и рабочую часть, также укрепляемую на теле водопроводной трубы по типу хомута или навивкой. Потребление электроэнергии у них – минимальное, в пределах 5 –15 Вт, а заявляемый производителем рабочий ресурс – 10 и более лет.

В интернете можно встретить рекламу умягчителя-декарбонизатора «Магнолия», представляющего собой пластиковый ребристый шар с мощным магнитов внутри. По инструкции, он просто кладется в барабан стиральной либо на стеллаж посудомоечной машины на время работы.

Умягчители-фильтры картриджного типа

Подобные фильтры выпускаются, чаще всего, в стандартном типоразмере, имеют прозрачную колбу, в которую устанавливают сменный картридж.

Обычно используются картриджи со смолой повышенной ионообменной емкости.

Получаемая очищенная вода применима как для технических нужд (стирки, мытья посуды, принятия водных процедур), так и в пищевых целях.

Недостаток подобной системы – достаточно небольшой ресурс картриджа без возможности его восстановления.

Так, картридж для умягчения воды для стандартного 10″ фильтра рассчитан либо на 4000 литров, либо на полгода эксплуатации (в зависимости, что наступит раньше), а затем подлежит безусловной замене.

Второй вариант – компактные фильтры с крупной кристаллической засыпкой из частично-растворимого реагента.

Обычно в этих целях применяется полифосфат натрия. Следует оговориться, что действие реагента направлено, скорее, не на, собственно, смягчение воды, а на предотвращение появления наростов накипи. Кристаллы полифосфата, растворяясь в воде, создают на ТЭНах и стенках баков тонкую защитную пленку, не дающую возможности накипи укрепиться на них.

По мере расходования засыпки ее просто добавляют в фильтр.

Главный недостаток – вода, прошедшая такую обработку, непригодна для пищевого употребления.

Подобные устройства устанавливают непосредственно перед входом холодной воды в стиральные машины, котлы, душевые кабины и т.п.

Ионообменные установки

Их еще называют ионообменными колоннами, из-за характерной вертикальной компоновки. Конструктивно представляют собой полимерный, армированный стекловолокном резервуар с ионообменной смолой, через которую пропускается очищаемая вода.

Для проведения регенерации имеется специальная емкость, в которую засыпается расходный материал – таблетированная соль для умягчения воды. Это – обычная пищевая соль высокой очистки с приданной ей характерной формой для предотвращения спекания и увеличения площади активного растворения.

Периодически режим фильтрации переключается на режим регенерации, в течение которого соляной раствор обратным током пропускается через основной фильтрующий резервуар. Освобожденные ионы магния и кальция при этом удаляются в дренажный сток.

Большинство современных установок имеет мультипроцессорное управление режимами работы. Включение регенерации может происходить как по времени, например, в установленные пользователем ночные часы, так и по расходу воды.

Электронная система ведет учет и анализ потребления воды, и самостоятельно принимает решение о включении режима восстановления. Вмешательство человека ограничивается своевременным пополнением солевой засыпки.

Некоторые дорогие установки могут иметь два контура фильтрации – когда один находится на регенерации, есть возможность пользоваться другим.

Ионообменные колонны могут существенно различаться как конструктивно, так и по размерам, производительности, степени автоматизации процесса и другим параметрам.

Даже самая набольшая модель способна обеспечить среднестатистическую семью очищенной водой для любых нужд – производительность составляет порядка 1-1,5 м³/час. Срок активной службы смоляного наполнителя, при соблюдении правил эксплуатации, может составлять от 3 до 10 лет.

Принцип действия

Частицы, находящиеся в воде во взвешенном состоянии, окружены водной пленкой с заряженными ионами.

Данная особенность не дает им контактировать между собой. Для нейтрализации заряда и скорейшего осаждения как раз и используются флокулянты.

Зная состав воды и сферу ее дальнейшего применения, выбирают положительно, отрицательно либо нейтрально заряженные реагенты.

Процесс флокуляции происходит в два этапа:

• Адсорбция действующего вещества на поверхности частиц.
• Формирование флокул (грязевых хлопьев).

Флокулянты обладают значительным молекулярным весом и имеют длинную полимерную структуру, за счет чего происходит образование своеобразных мостиков и разрушение водно-солевой оболочки.

Попадая в воду, способствуют склеиванию и объединению загрязняющих частиц. Соединения становятся более тяжелыми, плотными и начинают увеличиваться в размерах, давая возможность фильтрующим системам уловить их.

Флокулянты могут быть как массового, так и частичного действия. При необходимости провести осаждение только определенной группы веществ, применяется избирательная флокуляция. Востребован метод при необходимости разделить тонкие неорганические взвеси, а также для улучшения эффективности обогащения.

Фильтрация при помощи ионообмена

Наиболее предпочтительными и доступными являются ионообменные умягчители воды, так как они обладают отличным соотношением цены к высокому качеству очистки. Принцип работы заключен в реакции ионообменной смолы с солями, после которой происходит замещение растворенных ионов кальция и магния на ионы натрия, не создающих твердых отложений, накипи, проблем со здоровьем.

Ионообменные устройства для смягчения получили широкую популярность в бытовых условиях благодаря своей низкой цене и простоте в установке. Одной засыпки смолы, которая отвечает за реакции, хватает на долгие годы, но со временем она теряет эффективность, потому что теряются ионы натрия. Как это исправить, зависит от конструкции фильтрующего устройства.

Умягчение воды обратным осмосом

С недавних пор фильтры обратного осмоса принято рассматривать в качестве оптимального решения, если необходимо очистить или провести умягчение воды для дома. Но это устройство обладает многочисленными недостатками, что наводит на мысль о нецелесообразности вложения средств в подобный умягчитель.

С помощью сетчатых фильтров нельзя устранить растворенные соли жесткости. Зато с этой задачей способен справиться фильтр мембранного типа.

Система обратного осмоса обладает низкой производительностью, что считается ее главным недостатком. Компенсируется это тем, что устанавливается несколько контуров, которые работают параллельно. У каждого из них имеется отдельная мембрана (набор необходимых фильтров), а также помпа, которая нагнетает повышенное давление для результативного функционирования этого узла.

Для установки данного типа фильтра нужно отыскать достаточно места, а также осуществить изоляцию этого помещения таким образом, чтобы шума не было слышно в остальных комнатах, и решить другие сопутствующие проблемы.

Но практика показывает, что этим мощным установкам очень редко находится применение в быту. Их функциональность шире, чем у простого умягчителя воды для дома частного типа, но вместе с тем у подобного оборудования слишком высокая цена, да и его дальнейший процесс эксплуатации далеко не самый дешевый. Монтаж этих систем осуществляется на производствах, где для глубокой очистки рабочих жидкостей требуется строго соблюдать технологический процесс.

Установка обратного осмоса обладает еще несколькими ограничениями, о которых следует знать тем, кто планирует приобрести эту систему:

1. Без обеспечения хорошей предварительной фильтрации от механических примесей происходит очень быстрое загрязнение картриджей. Риски особенно высоки, если используются старые городские инженерные сети или личную скважину пробурили «на песок» (небольшая глубина).

2. Каждая модель оборудования отвечает четким требованиям того, какой должен быть состав у воды на выходе, и нормы эти устанавливаются производителями данных систем.

3. Ко всему прочему, необходимо соблюдать диапазон поддерживаемой температуры и воды, который задается производителем. В большинстве случаев нужно будет установить ограничительные клапаны на входе, а также использовать насосы с автоматическим управлением включением и выключением.

4. Для качественного функционирования оборудования необходимо своевременно менять отдельные элементы:

   • каждые 4–6 месяцев – предварительные фильтры механической очистки;

   • каждые 3–4 месяца – фильтры с наполнителями из активированного угля (тоже предварительные);

   • каждые 8–12 месяцев – постфильтры с наполнителями из активированного угля);

   • каждые два или два с половиной года – мембрану обратного осмоса.

По химическому составу воду, очищенную по принципу обратного осмоса, приравнивают к дистиллированной жидкости. Принято считать, что она способна в некоторой степени навредить здоровью, так как если человек будет пить эту воду каждый день, он не будет получать необходимые его организму минералы. Кроме того, некоторые владельцы не любят употреблять настолько сильно очищенную воду.

По этой причине к установкам обратного осмоса иногда в качестве дополнения подключают специальные блоки – минерализаторы. С их помощью кальций и магний поступают в воду, то есть происходит насыщение жидкости этими элементами. Система может быть оснащена клапаном, который обеспечит включение в общий контур такого узла в тех случаях, когда подобная необходимость будет возникать.

Читайте материал по теме: Принцип обратного осмоса

Все, о чем писалось выше, приводит к необходимости обстоятельно рассмотреть целесообразность покупки фильтра обратного осмоса, чтобы с его помощью осуществлять умягчение воды для дома.

Компания Biokit предлагает широкий выбор систем обратного осмоса, фильтры для воды и другое оборудование, способное вернуть воде из-под крана ее естественные характеристики.

Специалисты нашей компании готовы помочь вам:

• подключить систему фильтрации самостоятельно;

• разобраться с процессом выбора фильтров для воды;

• подобрать сменные материалы;

• устранить неполадки или решить проблемы с привлечением специалистов-монтажников;

• найти ответы на интересующие вопросы в телефонном режиме.

Доверьте очистку воды системам от Biokit – пусть ваша семья будет здоровой!

Установка

Ионообменные установки для воды стоят достаточно дорого. По этой причине лучше не рисковать, а вызвать опытного мастера на дом. Но для начала подберите место установки. Лучше всего для этих целей подходит подвальное помещение. Фильтр занимает немного места, но он может шуметь во время регенерации.

Если же вы решили установить систему самостоятельно, то необходимо придерживаться инструкции, которая несколько отличается у разных моделей. Но есть общие шаги:

1. Сначала подводят трубы от самой скважины и разводку, ведущую к санитарным приборам.
2. Потом засыпают смолу в колонну фильтра, а регенератор заполняют необходимым количеством соли.
3. Согласно инструкции в емкости заливают воду.
4. Собирают все элементы фильтра, соединяют его с регенератором и подводящим и отводящим, а также канализационным трубопроводом. Последний нужен для отвода промывочной воды.
5. Устанавливают программу на автомате.
6. После этого система готова к эксплуатации.

Больше всего для частного дома подходят ионообменные фильтрационные колонны. Однако для дачного домика без удобств, используемого кратковременно, достаточно будет фильтра под мойку или даже простого кувшина.

sansovet.com

Металлическая химическая связь

Металлическая связь — это связь, которую образуют относительно свободные электроны между ионами металлов, образующих кристаллическую решетку.

У атомов металлов на внешнем энергетическом уровне обычно расположены от одного до трех электронов. Радиусы у атомов металлов, как правило, большие — следовательно, атомы металлов, в отличие от неметаллов, достаточно легко отдают наружные электроны, т.е. являются сильными восстановителями.

Отдавая электроны, атомы металлов превращаются в положительно заряженные ионы. Оторвавшиеся электроны относительно свободно перемещаются между положительно заряженными ионами металлов. Между этими частицами возникает связь, т.к. общие электроны удерживают катионы металлов, расположенные слоями,  вместе, создавая таким образом достаточно прочную  металлическую  кристаллическую решетку. При этом электроны непрерывно хаотично двигаются, т.е. постоянно возникают новые нейтральные атомы и новые катионы.

 Межмолекулярные взаимодействия

Отдельно стоит рассмотреть взаимодействия, возникающие между отдельными молекулами в веществе — межмолекулярные взаимодействия. Межмолекулярные взаимодействия — это такой вид взаимодействия между нейтральными атомами, при котором не появляются новые ковалентные связи. Силы взаимодействия между молекулами обнаружены Ван-дер Ваальсом в 1869 году, и названы в честь него Ван-дар-Ваальсовыми силами. Силы Ван-дер-Ваальса делятся на ориентационные, индукционные и дисперсионные. Энергия межмолекулярных взаимодействий намного меньше энергии химической связи.

Ориентационные силы притяжения возникают между полярными молекулами (диполь-диполь взаимодействие). Эти силы возникают между полярными молекулами. Индукционные взаимодействия — это взаимодействие между полярной молекулой и неполярной. Неполярная молекула поляризуется из-за действия полярной, что и порождает дополнительное электростатическое притяжение.

Особый вид межмолекулярного взаимодействия — водородные связи. Водородные связи — это межмолекулярные (или внутримолекулярные) химические связи, возникающие между молекулами, в которых есть сильно полярные ковалентные связи — H-F, H-O или H-N. Если в молекуле есть такие связи, то между молекулами будут возникать дополнительные силы притяжения.

Механизм образования водородной связи частично электростатический, а частично — донорно–акцепторный. При этом донором электронной пары выступают атом сильно электроотрицательного элемента (F, O, N), а акцептором — атомы водорода, соединенные с этими атомами. Для водородной связи характерны направленность в пространстве и насыщаемость.

Водородную связь можно обозначать точками: Н ··· O. Чем больше электроотрицательность атома, соединенного с водородом, и чем меньше его размеры, тем крепче водородная связь. Она характерна прежде всего для соединений фтора с водородом, а также кислорода с водородом, в меньшей степени азота с водородом.

Водородные связи возникают между следующими веществами:

— фтороводород HF (газ, раствор фтороводорода в воде — плавиковая кислота), вода H₂O (пар, лед, жидкая вода):

— раствор аммиака и органических аминов — между молекулами аммиака и воды;

— органические соединения, в которых связи O-H или N-H: спирты, карбоновые кислоты, амины, аминокислоты, фенолы, анилин и его производные, белки, растворы углеводов — моносахаридов и дисахаридов.

Водородная связь оказывает влияние на физические и химические свойства веществ. Так, дополнительное притяжение между молекулами затрудняет кипение веществ. У веществ с водородными связями наблюдается аномальное повышение температуры кипения.

Например, как правило, при повышении молекулярной массы наблюдается повышение температуры кипения веществ. Однако в ряду веществ H₂O-H₂S-H₂Se-H₂Te мы не наблюдаем линейное изменение температур кипения.

А именно, у воды температура кипения аномально высокая — не меньше -61оС, как показывает нам прямая линия, а намного больше, +100 оС. Эта аномалия объясняется наличием водородных связей между молекулами воды. Следовательно, при обычных условиях (0-20оС) вода является жидкостью по фазовому состоянию.

Виды фильтрационных систем для очистки и смягчения

Для уменьшения концентрации солей жесткости используются давно известные и инновационные технологии.

Фильтры отличаются:

1. размерами,
2. стоимостью,
3. способами регенерации.

Ионообменники

Материалы представляют собой полимерные гранулы, насыщенные ионами натрия. При пропускании потока воды через колонку с ионообменными смолами происходит обмен катионами.

В результате образуются соли угольной кислоты с натриевыми катионами, хорошо растворимыми в воде.

После того, как возможности ионообменника исчерпываются его можно регенерировать насыщением специальным раствором. Процедуру восстановления повторяют несколько раз, затем смолу полностью заменяют на новую.

Справка. На сегодняшний день ионный обмен — один из самых бюджетных и эффективных методов умягчения воды.

Недостатки процесса заключаются в том, что резервуар со смолой занимает место.

Полученная вода насыщается ионами натрия, что следует учитывать в каждодневном рационе.

Мембраны

В современных фильтрах применяется мембранный переход чистой воды в отдельную зону благодаря обратному осмосу. Системы стоят дороже, чем агрегаты с ионообменными смолами, обеспечивают фильтрацию от всех соединений, в том числе солей жесткости.

Для получения продукта, пригодного для употребления дополнительно устанавливают минерализатор.

Магнит

Способ умягчения воды магнитным полем сейчас широко рекламируется. Однако, эффективность его относительна.

Под действием магнитного поля, поставляемого насадками или с помощью электричества, изменяется растворимость солей вообще, жесткости в частности

После обработки магнитом они не так быстро образуют осадок при нагревании воды, что важно для замкнутых контуров

Для остальных целей такая очистка мало эффективна, соли не удаляются, не преобразуются в другие безвредные соединения, а только немного медленнее оседают. Для удаления выпавшего осадка потребуются дополнительное фильтрование.

Полифосфатная обработка

Добавления полифосфата в жесткую воду при концентрации солей до 7 мг-экв./л приводит к увеличению их растворимости. Положительный эффект должен обеспечивать благополучную продолжительную работу водонагревательной техники.

На практике выясняется, что при протекании холодной воды из скважины достаточного умягчения не происходит.

Поэтому такой метод воздействия на жесткую воду не находит признания у владельцев загородных домов, о чем свидетельствуют многочисленные отзывы.

Фазовые переходы: изменение агрегатных состояний вещества

При изменении внешних условий (например, если внутренняя энергия тела увеличивается или уменьшается в результате нагревания или охлаждения) могут происходить фазовые переходы — изменения агрегатных состояний вещества.

Фазовые переходы интересны тем, что все живое не Земле существует лишь благодаря тому, что вода умеет превращаться в лед или пар. С кристаллизацией, плавлением, парообразованием и конденсацией связаны многие процессы металлургии и микроэлектроники.

На схеме — названия всех фазовых переходов:

Переход из твердого состояния в жидкое — плавление;

Переход из жидкого состояния в твердое — кристаллизация;

Переход из газообразного состояния в жидкое — конденсация;

Переход из жидкого состояния в газообразное — парообразование;

Переход из твердого состояния в газообразное, минуя жидкое — сублимация;

Переход из газообразного состояния в твердое, минуя жидкое — десублимация.

График фазовых переходов

Если взять процесс превращения льда в воду, воды — в пар, и обратные действия, то мы получим очень информативный график.

Разбираемся по шагам.

AB — нагревание льда

Сначала взяли лед, конечно, при отрицательной температуре,
потому что при нуле лед начинает плавиться. Нагрели лед до температуры плавления (до 0 градусов Цельсия).

BC — плавление льда

После того, как лед нагрелся до температуры плавления, он начинает плавиться. В точке B это еще лед, а в точке C — уже вода. Плавление происходит при постоянной температуре и тем дольше длится, чем больше масса плавящегося вещества. Еще этот процесс зависит от свойств самого вещества, но об этом немного позже.

CD — нагревание воды

Расплавленное вещество уже в жидком состоянии снова начинает нагреваться, и температура увеличивается, пока не достигает температуры кипения. В данном случае нагревается вода — это значит, что ее температура кипения равна 100 градусам Цельсия.

DE — кипение (парообразование) воды

При 100 градусах вода кипит, пока не выкипит целиком. В данном случае процесс, как и плавление, происходит при постоянной температуре. Но парообразование нельзя путать с испарением, потому что парообразование происходит при конкретной температуре, а испарение — при любой.

EF — нагревание пара

Далее полученный пар нагревается, но путем нагревания невозможно дойти до другого фазового перехода — можно пойти только обратно.

FG — охлаждение пара

Первый шаг в обратную сторону — охлаждение до температуры кипения.

GH — конденсация пара

Дойдя до температуры кипения (в данном случае 100 градусов), пар начинает переходить в жидкое состояние. Этот процесс также происходит при постоянной температуре.

HI — охлаждение воды

Сконденсировавшись, вода охлаждается, пока не начнет замерзать.

IK — кристаллизация воды

Кристаллизуется (замерзает) вода при той же температуре, что и плавится лед — 0 градусов. Кристаллизация также происходит при постоянной температуре.

KL — охлаждение льда

После кристаллизации лед охлаждается.

С нагреванием и охлаждением все совсем просто — мы либо передаем теплоту телу (веществу), и оно идет на увеличение температуры, либо тело отдает тепло и охлаждается.

В остальных процессах температура не меняется. Это связано с тем, что количество теплоты не всегда зависит от температуры. Формулы для всех процессов выглядят так:

Нагревание Q = cm(tконечная − tначальная) Охлаждение Q = cm(tначальная − tконечная) Q — количество теплоты c — удельная теплоемкость вещества [Дж/кг · ˚C] m — масса tконечная — конечная температура tначальная — начальная температура

Плавление Q = λm Кристаллизация Q = −λm Q — количество теплоты λ — удельная теплота плавления вещества [Дж/кг] m — масса

Парообразование Q = Lm Конденсация Q = −Lm Q — количество теплоты L — удельная теплота парообразования вещества [Дж/кг] m — масса

Онлайн-уроки физики в Skysmart не менее увлекательны, чем наши статьи!

Выпаривание. Кристаллизация

Выпаривание — это способ разделения жидких смесей путём испарения одного из компонентов. Скорость испарения можно регулировать с помощью температуры, давления и площади поверхности испарения.

Пример. Чтобы растворённую в воде поваренную соль выделить из раствора, последний выпаривают:

Вода испаряется, а в фарфоровой чашке остаётся поваренная соль. Иногда применяют упаривание, т. е. частичное испарение воды. В результате образуется более концентрированный раствор, при охлаждении которого растворённое вещество выделяется в виде кристаллов. Этот процесс получил название кристаллизации.

Лёд – вода в твёрдом виде

Н2О из жидкого переходит в твёрдое агрегатное состояние при снижении температуры ниже 0 градусов по Цельсию. Интересно то, что почти все предметы при охлаждении уменьшаются в объёмах, а вода, наоборот, замерзая, расширяется. Если так она прозрачная и бесцветная, то при замерзании может приобретать белый цвет из-за попадания частичек воздуха внутрь льда.

Необычно, что при одной и той же кристаллической структуре лёд может иметь множество разнообразных форм. Твёрдое состояние воды в природе — это гигантские айсберги, блестящая корка льда на реке, белые хлопья снега, сосульки, висящие на крышах.

Лёд имеет огромное значение для хозяйственной деятельности человека и оказывает большое влияние на поддержание жизнедеятельности многих организмов. Например, при замерзании реки он выполняет защитную функцию, сохраняя водоём от дальнейшего промерзания, этим самым оберегая подводный мир.

Но также лёд может стать причиной разрушительных стихийных бедствий. Например, град, обледенение зданий и летательных аппаратов, промерзание почвы, ледяные обвалы.

В быту мы используем замёрзшую воду как хладагент, бросая небольшие кубики льда в напитки для их охлаждения. Подобным образом могут охлаждаться пищевые продукты и медицинские препараты.

Опасность жесткости

ТЭНы, электрические чайники, стиральные машины – это короткий список приборов, которые быстро выходят из строя в условиях повышенного содержания кальция в воде. Среди бытовых проблем можно также выделить:

• необходимость использования большего количества моющих и стирающих средств;
• зарастание трубопроводов налетом, что ведет к уменьшению просвета труб;
• быстрая потеря интенсивности окраса и срока службы одежды.

Что касается вреда, приносимого жесткой водой организму, то научных данных по этому поводу нет. Разве что влияние на кожу. Образующаяся в жесткой воде мыльная пена стирает липидный слой с кожи, что приводит к повышенной сухости.