Содержание
Сухая вода: миф, шутка или реальность?
Вопрос-ответ
Понедельник, 24 января 2022
Можете ли вы представить себе сухую воду? Звучит парадоксально. Сухой лед и сухое молоко – это понятно, просто замороженный углекислый газ, просто молоко, из которого выпарили воду. Но сухая вода?! А межде тем, она действительно существует.
Итак, мы видим жидкость, которая выглядит как обыкновенная вода. Но опущенная в нее бумажная салфетка не намокает, телефон в такой воде продолжает работать и надписи на бумаге, которую сунули в сосуд с такой жидкостью, не «текут». Что же это такое?
Существует ли сухая вода?
Да, существует. Сухая вода это вещество из класса кетонов. Жидкость выглядит как прозрачная вода, но почти не смачивает поверхности. Также, в отличие от обычной воды, сухая вода — диэлектрик (не проводит электрический ток), не растворяет другие вещества и не растворяется в воде сама. Отсюда и название.
Это вещество не токсично. Также оно обладает некоторыми интересными свойствами, пригодными для того, чтобы показывать фокусы.
Возможно, вы видели популярный видеоролик, где человек спокойно погружает пальцы в «кипящую воду» и не обжигает их. Это не видеомонтаж — дело в том, что кипит сухая вода при температуре 49°С.
История изобретения сухой воды
Долгое время в промышленности и в тушении пожаров использовались вещества под общим названием «фреоны» или «хладоны». Это фторсодержащие производные метана и этана, их применяли как вспениватели, растворители и — очень широко — как хладагенты в бытовых и промышленных холодильниках.
Однако хладоны токсичны для человека, причем многие из них способны накапливаться в организме. А кроме того, уже в 70-х годах ХХ века стало известно, что хлорсодержащие фреоны наносят непоправимый вред озоновому слою Земли. Поэтому в 1987 году был подготовлен так называемый Монреальский протокол — международный протокол к Венской конвенции об охране озонового слоя (1985 г). Монреальским протоколом значительно ограничено использование фреонов. Перед многими компаниями встал вопрос замены этих веществ на что-то новое, не менее эффективное, но безопасное.
Всего через десять лет исследования привели к созданию фторированных кетонов — нового класса органических веществ, в молекуле которых атомы водорода, соединенные с углеродом, заменены на атомы фтора. Выяснилось, что эти вещества отлично пенятся и потому могут заменить фреоны в пожаротушении.
Проведенные испытания показали, что фторкетоны не только отлично тушат пожары, но и относительно безвредны для окружающей среды и человека.
Сухая вода: состав и свойства
Один из типов фторкетонов разработан и запатентован компанией 3М. В 2004 году вещество под названием Novec 1230 было представлено на рынке. Впоследствии его прозвали сухой водой.
Внешне это прозрачная жидкость, неотличимая от воды, но со слабовыраженным запахом. Она достаточно тяжелая (тяжелее воды в 1,6 раза). Не проводит электричество, ее диэлектрическая проницаемость – 2,3. Химическая формула: CF3CF2C(O)CF(CF3)2 (перфтор (этил-изопропилкетон), шестиуглеродное вещество, разряд фторированный кетон).
Сухая вода — применение
Почему сухая вода идеально походит для тушения пожаров? Ее шестиуглеродная молекула имеет слабые связи, поэтому вещество быстро изменяет состояние из жидкого на газообразное, при этом активно поглощая тепловую энергию огня. Пламя охлаждается и потухает. Но самое важное, что при этом в помещении не уменьшается концентрация кислорода. А это дает дополнительное время для эвакуации людей.
Для пожаротушения сухая вода гораздо лучше обычной. Быстрое испарение сухой воды и отсутствие химических реакций с окружающими веществами позволяют при тушении не повредить помещение, мебель, оборудование, а благодаря диэлектрическим свойствам сухой воды не происходят короткие замыкания.
Еще одно важное свойство фторкетонов — они практически не растворимы в обычной воде и потому не ядовиты для человека. Так что люди, которые оказались в помещении, где сработала противопожарная система с сухой водой, не отравятся.
Не менее важно то, что сухая вода не несет опасности для окружающей среды.
Когда Novec 1230 попадает в атмосферу, он разрушается под воздействием ультрафиолета и исчезает за 5 суток, в отличие от большинства хладонов, которые сохраняются в атмосфере десятилетиями.
Для сравнения: выброс установки газового пожаротушения (ГПТ) на основе фреонов равен годовому выбросу в атмосферу СО2 от 211 легковых автомобилей. если в установке пожаротушения используются фторкетоны, тогда один выброс равен годовому выбросу CO2 от 0,07 машины или выбросу углекислого газа от жизнедеятельности одной коровы за месяц.
Сухая вода – идеальное средство для тушения пожаров там, где хранятся важные документы и ценные предметы (музеи, архивы, галереи), в электрощитовых и серверных, а также там, где может быть много людей (аэропорты, театры, конференцзалы). Поэтому ее и включили во все стандарты по тушению пожаров.
Сухую воду нельзя использовать дома, она не сохраняется в открытой таре, только в специальных герметичных контейнерах под низким давлением. Приготовить ее дома тоже не получится.
Однако исследовательские работы продвигаются и в этом направлении.
Читайте также:
Что такое формалин, чем он опасен и где без него не обойтись?
Что такое «эффект чайника» и как его объясняет наука
Загрузить еще
10 уникальных состояний воды — фото
Вода может существовать только в жидком, твердом и газообразном состоянии, не так ли? Нет! Она может существовать в невероятном количестве других состояний, включая те, о которых вы даже не слышали. Вы можете поверить, что вода может превратиться в горячий лед или даже пудру? Да уж, порошкообразная вода – это вещь.
Сейчас вы можете подумать: «Как же это возможно?» Ну, для этого нужно соблюсти очень много условий. В большинстве случаев главными факторами являются время, температура и давление. В других случаях с водой происходят странные вещи, когда ее смешивают с другими субстанциями.
- Квантовая вода
- Горящий лед
- Аморфный лед
- Аэролед
- Сверхзвуковой лед
- Тройная точка воды
- Плазменная вода
- Сверхкритическая вода
- Сухая вода
- Лед VII
10.
Лед VII
Лед холодный. Но не лед VII (так называемый «горячий лед»), который, вообще-то, горячий. Ученые называют обычный лед, который есть у нас на Земле «лед Ih», где маленькая «h» означает «шестигранник», так как атомы кислорода выстраиваются в форме шестигранника, когда вода замерзает при нормальном давлении.
Но лед Ih превращается в лед II, когда давление увеличивается. Лед II превращается в лед III при еще большем увеличении давления, и так продолжается все дальше и дальше, пока он не превращается в лед VII, в котором атомы расположены в форме куба.
Лед VII горячий, потому что он формируется под высоким давлением и температурой. На Земле он теоретически может существовать только глубоко под мантией, где давление достаточно высокое, чтобы превратить обычную воду в лед VII. Но, с другой стороны, он не может там сформироваться, потому что высокая температура превратит воду в пар раньше, чем давление превратит ее в лед VII.
Ученые создали лед VII в лабораторных условиях.
Они так же обнаружили его в составе алмазов, сформированных глубоко в мантии Земли. Лед был создан из капель воды, которые попали в алмазы в то время, когда те только формировались в мантии.
9. Сухая вода
Мы получаем сухую воду при смешивании обычной воды с двуокисью кремния (при помощи машин). Она ведет себя как сухое твердое вещество, хотя и является водой на 95 процентов. Она состоит из сахарообразных крупинок, которые на самом деле являются капельками воды, покрытыми двуокисью кремния. Кремний не дает каплям соединиться и превратиться в жидкость.
Сухая вода была создана в 1968 г., и в то время использовалась в косметологии. Вскоре все про нее забыли, пока в 2006 году ее не открыли заново в Университете Халла, Великобритания.
Ученые считают, что сухую воду можно использовать для поглощения углекислого газа из атмосферы. Это может сработать, учитывая, что сухая вода поглощает в три раза больше углекислого газа, чем просто обычная вода.
Ученые также рассматривают возможность использования ее для хранения и транспортировки вредных химических веществ.
8. Сверхкритическая вода
Вещество достигает сверхкритического состояния, когда его температура и давление становятся настолько высокими, что границы между жидким и газообразным состояниями стираются. В случае с водой это происходит после газообразного состояния. Вода становится твердой, жидкой, газообразной и сверхкритической – именно в таком порядке. Вода в этой точке существует как странный пар, который фактически газом и не является.
Вода достигает сверхкритического состояния при 373 градусах по Цельсию и при давлении в 220 бар. В таком состоянии она не может вернуться в жидкое состояние. Сверхкритическая вода (как и любая сверхкритическая жидкость) в таком состоянии может проходить через твердое вещество – как газ, но все еще может растворять другие вещества – как жидкость.
7.
Плазменная вода
Глис 1214 б – одна из самых странных планет. Она в шесть раз больше Земли и полна воды – включая плазменную воду, то есть вода там существует в плазменном состоянии.
Материя в плазменном состоянии немного похожа на газ. У нее низкая плотность, а также нет определенной формы или объема – прямо как у газа. Но с другой стороны, в отличие от газа, атомы материи лишены своих электронов. И положительно заряженные ядра перемещаются свободно. Вот почему некоторые ученые считают плазму электрически заряженной версией газа.
Возвращаясь к Глис 1214 б. Планета находятся так близко к своей звезде, что год на ней длится всего лишь 38 часов. Для сравнения Земля находится в 70 раз дальше от Солнца. Дневная температура может достигать 282 градуса по Цельсию, что слишком горячо для любой формы жизни.
Близость Глис 1214 б к своей звезде может быть причиной того, что вода на ней существует в форме плазмы.
Непомерно высокая температура и высокое давление на самой планете заставляют воду нагреваться и сжиматься настолько, что она превращается в плазму. Плазменная вода считается одной из сверхкритических форм воды, о которых мы упоминали ранее.
6. Тройная точка воды
Тройная точка вещества определяется как условия, когда вещество может существовать в твердом, жидком и газообразном состоянии и находится в термодинамическом равновесии. Это может случиться, только если вещество достигает специфической температуры и давления. Для воды эта температура, равная 273,16 по Кельвину (0,01 по Цельсию) и давление, равное 611,66 Паскалей (6,1166 мБар, 0,0060366 атмосфер), соответственно.
Тройную точку воды используют для определения температуры по Кельвину, калибровки термометров и определения тройной точки других жидкостей. Вода в своей тройной точке может быть превращена в твердое вещество, жидкость или газ, просто регулировкой давления и температуры соответственно.
5. Сверхзвуковой лед
Сверхзвуковой лед, или лед XVIII – это еще одна форма льда, сформированная массивным повышением температуры и давления. Он горячий, черный, плотный и ведет себя как металл. Твердый куб изо льда XVIII в четыре раза тяжелее, чем такой же куб из обычного льда. Некоторые ученые верят, что лед XVIII может быть обычной формой воды во вселенной, существуя на «ледяных гигантах», как Уран и Нептун.
Интересно, что ученые подтвердили существование льда XVIII только в 2019 году, хотя о его существовании говорилось еще в 1988 году. В том году группа ученых предположила, что вода может вести себя как металл, если температура и давление достаточно высоки. Лед XVIII образуется, только если температура достигает тысячи градусов, а давление – миллион атмосфер.
Ученые получили лед XVIII в результате эксперимента, в котором они использовали мощные лазеры, чтобы создать ударные волны, которые мгновенно повышали температуру и давление, оказываемое на капли воды.
Ученые наблюдали, как молекулы водорода и кислорода моментально разделялись по мере того, как вода превращалась в кристаллы льда.
Молекулы кислорода формировали замороженные, твердые структуры, называемые кубическими решетками, в то время как молекулы водорода стекали, как жидкость, вокруг затвердевшего кислорода. Некоторые ученые говорят, что этот так называемый лед нельзя считать водой, потому что молекулы водорода и кислорода разделены. Они говорят, что молекулы водорода и кислорода должны быть вместе, чтобы считаться водой.
4. Аэролед
Аэролед – это самая легкая версия льда извне. Он был «обнаружен» в симуляции в 2017 году исследователями из Университета Окаяма в Японии во время эксперимента, проводимого, чтобы понять, как вода превращается в лед. Исследовательская группа создала эту форму льда, когда они попытались выяснить, что происходит, когда вода замерзает при отсутствии давления.
Остальные формы льда, упомянутые здесь, были созданы при экстремально высоком давлении, оказываемом на воду.
Эта симуляция была проведена при нулевом давлении.
Ученые создали аэролед путем извлечения двух атомов кислорода в диоксиде кремния (так называемом кварце), оставив только кремний. Затем они заменили атомы кремния атомами кислорода, прежде чем присоединить два атома водорода для образования льда. Это решение может иметь разные последствия того, как вода поведет себя в нанотрубках, нанопорах или других частях космоса.
3. Аморфный лед
Аморфный лед был создан мгновенным охлаждением жидкой воды, так что у молекул не было времени, чтобы образовать кристаллическое вещество. Не имея нормальной упорядоченной кристаллической структуры обычного льда, аморфный лед считается стеклом, то есть жидкостью, которая движется очень медленно. Аморфный лед не распространен на Земле, но считается одной из самых распространенных форм воды во вселенной.
Исследование 2007 года, включающее компьютерные симуляции аморфного льда, подразумевало, что это стекло может представлять собой состояние между кристаллическим и жидким.
Смоделированный аморфный лед показал неупорядоченную гиперуниформность, в которой есть порядок на больших пространственных расстояниях, но нет на коротких расстояниях.
2. Горящий лед
Гидраты метана – это своего рода лед, который действительно может гореть, так что вы можете поджечь его, как лист бумаги. Лед, о котором идет речь, содержит метан. Он естественным образом образуется на определенных глубинах океана, в вечной мерзлоте и даже в нефте- и газопроводах, где может вызвать засоры. Это последнее состояние, которое было обнаружено еще в 1930-х годах.
Горящий лед считается сжатым и замороженным метаном. Замороженный метан вскоре покрывается льдом, создавая горящий лед. Ученые считают этот лед возможным источником топлива, исходя из того, что он содержит много метана. Кубометр горящего льда может высвободить 160 кубометров метана. Он также считается более чистым, чем уголь.
К сожалению, многие страны не могут заменить свой уголь горящим льдом, потому что его трудно добывать из-под воды.
Он также становится нестабильным, когда его выносят на поверхность. Ученые говорят, что горящий лед может также обернуться в другую сторону и усугубить изменение климата. Это может произойти, когда гидрат метана, содержащийся в вечной мерзлоте, расплавится и выпустит метан в атмосферу.
1. Квантовая вода
В 2016 году ученые из Национальной лаборатории Оук-Ридж Министерства энергетики США создали новое квантовое состояние воды. Они сделали свое открытие, «продавливая» молекулы воды между шестиугольными кристаллами берилла.
Массивное сжатие увеличило давление настолько, что атомы молекул воды стали неровными, и с этого момента вода больше не подчиняется ряду физических законов. Молекулы смогли пройти через барьеры на атомном уровне, и их поведение теперь объясняется квантовой механикой и называется «туннелированием».
Это поведение возникает только, когда вещество находится в квантовом состоянии.
Ученые верят, что вода часто переходит в квантовый режим, проходя через очень узкие полости в скалах, почве или даже через стенки клеток живых существ.
Мы уже много лет продаем и устанавливаем фильтры питьевой воды по всей Украине и искренне верим в свое дело. То, что фильтры способны обеспечивать Вас качественной водой — перепроверено многократно. Если у Вас есть вопросы по финансовой части, предлагаем статью со сравнительным расчетом заказа бутиллированной воды, или фильтра — вы удивитесь!
«Сухая вода» может произвести большой коммерческий фурор
- Вы здесь:
СКУД
Откройте для себя химию
Выпуски новостей
2010
Август
- «Сухая вода» может произвести большой коммерческий фурор
ЗАПРЕЩЕНО НА ВЫПУСК | 25 августа 2010 г.
Примечание для журналистов: просьба сообщить, что это исследование было представлено на заседании Американского химического общества
БОСТОН, 25 августа 2010 г. — Необычное вещество, известное как «сухая вода». который напоминает сахарную пудру, может обеспечить новый способ поглощения и хранения углекислого газа, основного парникового газа, который способствует глобальному потеплению, сообщили сегодня ученые на конференции 240 -е Национальное собрание Американского химического общества.
Порошок обещает много других применений. Например, это может быть более экологичный и энергоэффективный способ запустить химические реакции, используемые для производства сотен потребительских товаров. Сухая вода также может обеспечить более безопасный способ хранения и транспортировки потенциально вредных промышленных материалов.
Контакты для СМИ
Во время встречи, 22-26 августа, контакты доступны по телефону:
617-954-3522
«Нет ничего похожего на это», — сказал Бен Картер, доктор философии, исследователь для руководителя исследования профессора Эндрю Купера.
«Надеюсь, мы можем увидеть, как «сухая вода» поднимает волны в будущем».
Картер объяснил, что это вещество стало известно как «сухая вода», потому что оно состоит на 95 процентов из воды и при этом представляет собой сухой порошок. Каждая частица порошка содержит каплю воды, окруженную модифицированным диоксидом кремния, из которого состоит обычный пляжный песок. Покрытие из кремнезема предотвращает объединение капель воды и обратное превращение в жидкость. В результате получается мелкий порошок, который может глотать газы, которые химически соединяются с молекулами воды, образуя то, что химики называют гидратом.
Сухая вода была открыта в 1968 году и привлекла внимание своим потенциальным использованием в косметике. Ученые из Университета Халла, Великобритания, заново открыли его в 2006 году, чтобы изучить его структуру, и с тех пор группа Купера из Ливерпульского университета расширила спектр его потенциальных применений.
Один из последних методов предполагает использование сухой воды в качестве материала для хранения газов, в том числе двуокиси углерода.
В лабораторных исследованиях Купер и его коллеги обнаружили, что сухая вода поглощает в три раза больше углекислого газа, чем обычная несвязанная вода и кремний за тот же промежуток времени. Ученые предположили, что эта способность поглощать большое количество углекислого газа в виде гидрата может помочь уменьшить глобальное потепление.
Купер и его коллеги продемонстрировали в предыдущих исследованиях, что сухая вода также полезна для хранения метана, компонента природного газа, и может способствовать расширению его использования в качестве источника энергии в будущем. В частности, они надеются, что инженеры смогут использовать порошок для сбора и транспортировки выброшенных на берег месторождений природного газа. Он также существует на дне океана в виде газовых гидратов, формы замороженного метана, также известной как «горящий лед». Порошок также может обеспечить более безопасный и удобный способ хранения метанового топлива для использования в транспортных средствах, работающих на природном газе.
«Прежде чем мы сможем достичь этой стадии, предстоит проделать большой объем работы», — добавил Картер.
В другом потенциально новом приложении ученые также показали, что сухая вода является многообещающим средством для ускорения катализируемых реакций между газообразным водородом и малеиновой кислотой для производства янтарной кислоты, сырья или сырья, широко используемого для производства лекарств, пищевых ингредиентов и другие потребительские товары. Производителям обычно приходится смешивать эти вещества вместе, чтобы заставить их вступить в реакцию. Разработав частицы сухой воды, содержащие малеиновую кислоту, Купер и его коллеги показали, что они могут ускорить реакцию кислоты с водородом без какого-либо перемешивания, что приведет к более экологичному и энергоэффективному процессу.
«Если вы можете избавиться от необходимости стимулировать реакцию, то потенциально вы значительно сэкономите энергию», — сказал Картер.
Группа проф. Купера описывает еще одно новое применение, в котором технология сухой воды показывает многообещающие перспективы для хранения жидкостей, особенно эмульсий.
Эмульсии представляют собой смеси двух или более несмешиваемых жидкостей, таких как смесь масла и воды в майонезе. Ученые показали, что могут превратить простую эмульсию в сухой порошок, похожий на сухую воду. Полученный порошок может сделать хранение и транспортировку потенциально вредных жидкостей более безопасным и легким для производителей.
Картер отметил, что он и его коллеги стремятся к коммерческому или академическому сотрудничеству для дальнейшего развития технологии сухой воды. Исследовательский совет по инженерным и физическим наукам Великобритании (EPSRC) и Центр исследования материалов предоставили финансирование и техническую поддержку для этого исследования.
Кредит: Бен Картер
Что такое сухая вода? — Bright Hub Engineering
Сухая вода? Сама идея кажется нелепой, как бы мы ни привыкли к идее воды как «влажной». Но используя новый подход, на самом деле можно создать стабильную и сухую форму воды.
Вряд ли это новое изобретение, разработанное в 1968, но интерес к сухой воде внезапно возрастает. Исследователи только сейчас открывают для себя некоторые потенциальные области его применения, такие как использование его для хранения углекислого газа или метана или в топливных элементах.
Более точное название сухой воды – порошкообразная вода. Это белый порошок, внешне похожий на сахар, который легко рассыпается. Состав порошкообразной воды составляет около 95 процентов воды. Остальное — это кремнезем, который в изобилии встречается в основном на пляжах. Каждая крупинка сухой воды состоит из капли воды, окруженной частицами кремнезема. Эти частицы кремнезема препятствуют слиянию взвешенных капель воды обратно в жидкость, потому что они гидрофобны (неполярны).
Внизу: силикагель. Это составляет около 5% порошкообразной воды.
Области применения
Наиболее важной характеристикой сухой воды является ее способность поглощать газы. Фактически, недавний эксперимент показал, что сухой водный порошок способен поглощать в три раза больше углекислого газа, чем такое же количество жидкой воды и кремнезема.
Ученые находят эту способность поглощать газы очень интересной, поскольку ее можно использовать в качестве агента, связывающего парниковые газы. Потенциально инженеры могли бы разработать способ быстрого и дешевого улавливания углекислого газа и других газов в источнике. Газ соединяется с частицами сухой воды, образуя гидрат, который предотвращает попадание газа в атмосферу.
Еще одно возможное использование сухого водяного порошка — это механизм хранения и транспортировки летучих газов, таких как метан и пропан. Поскольку газы, поглощаемые сухой водой, не связаны постоянно с частицами воды, было бы относительно просто удалить газы, когда они необходимы. Это потенциально может оказаться очень полезным в автомобилях, работающих на природном газе или топливных элементах. Одной из основных проблем, с которыми сталкиваются эти транспортные средства, является сложность безопасного хранения летучих газов, таких как водород и метан; если вместо этого газы можно хранить в виде порошка, отпадет необходимость в дорогих и громоздких резервуарах для хранения газа.
Некоторые ученые также предполагают, что порошкообразная вода может использоваться для поглощения залежей природного газа на морском дне, которые слишком сложно извлечь стандартными методами. Интересно, что на этих экстремальных глубинах уже существует что-то вроде сухой воды. На морском дне иногда образуются газогидраты; это тип замороженного метана, который часто называют «горящим льдом».
Использование в эмульсиях
Профессор Эндрю Купер сообщил, что его исследовательская группа разработала метод создания сухих водных эмульсий. Эмульсия – это смесь жидкостей, которые не растворяются одна в другой, как молоко. Команда продемонстрировала технику превращения эмульсии в сухой порошок, очень похожий на сухую воду. Это может помочь промышленности транспортировать и хранить опасные жидкости с дополнительной степенью безопасности, поскольку порошкообразная форма будет менее реактивной.
Сухая вода в качестве катализатора
Группа Купера также продемонстрировала метод использования сухой воды в реакциях между водородом и малеиновой кислотой.