Увеличение вязкости воды. Вязкая вода

О воде мокрой и вязкой. «Морской змей и маленькая хлорелла»

Когда мы вышли на тракт, мимо нас промчалась машина, зеленый «бобик» — Газ-69. Скрипнули тормоза, машина резко затормозила и высунувшийся из кабины человек крикнул: «Быстрее, сюда!»

Мы подбежали и по фуражке узнали в незнакомце лесничего.

— Беда, ребята, — быстро заговорил он, — лес горит! Не поможете ли? Каждый человек дорог на пожаре!

Нас не нужно было долго упрашивать. Мы прыгнули в машину и помчались навстречу огненной стихии. Через несколько километров лесничий остановил машину и, взяв меня с собой, устремился в лес по боковой дороге. Степка с остальными лесниками поехал дальше. Аркадий Палыч, так звали лесничего, провел меня едва заметными тропками к небольшой поляне, посреди которой возвышалась высокая вышка, такая же как те, с которых прыгают начинающие парашютисты. Это была пожарная вышка.

Деревянная лестница круто шла вверх. По ней мы выбрались на площадку, и передо мной открылась страшная картина. Прямо на нас, огибая нашу гору справа и слева, наступала огненная волна. Огонь растекался быстро, и видно было, как вспыхивали смолистые кедры, как бухали от нестерпимого жара сочные стволы и головешки фейерверком разлетались в стороны.

Аркадий Палыч достал из сумки рацию и начал передавать указания своим подчиненным, где и как лучше тушить пожар.

Временами он сам получал чьи-то указания и потом передавал их лесникам. Я же с тревогой всматривался в линию огня, которая неумолимо приближалась, охватывая нашу вышку кольцом. Еще час, и мы вместе с вышкой вспыхнем и изжаримся, если не остановят пожар лесники.

— Не бойся, — успокоил меня Аркадий Палыч, — мы с тобой не сгорим. Придет самолет и обрызгает нас живой водой. И пожар потухнет.

Получалось у него прямо как в сказке. Но мне было не до сказок. Я смотрел на огненное море, гудевшее впереди, и думал, что один самолетик, сколько бы он воды ни привез, все равно это будет капля в море, и пожар не утихнет. Вот если бы дождь! Но дождя не предвиделось.

Я оглянулся назад. Там еще был нетронутый огнем кусочек леса. Если бы сейчас спуститься с вышки и пуститься бегом к тракту, то, пожалуй, можно спастись. Но Аркадий Палыч сказал: «Поздно. Если бежать, то можно не успеть. А самолет все равно придет. Уже грузят воду».

— Какую воду?

— Вязкую.

Я не понял, что это за вода, но Аркадий Палыч снова заговорил в микрофон, и расспрашивать его было некогда. И тут я услышал шум мотора. Самолет? Теперь на него вся надежда. Шум мотора становился все сильнее. Лесничий выхватил ракетницу и выстрелил вверх. Зеленая ракета засверкала в небе. Самолет заметил ее и пошел прямо на нас, качнув крыльями. Затем он развернулся и, снижаясь, приблизился к кромке огня. За ним потянулся красный хвост. Красный дождь оседал на лес.

— Ретардант! — закричал Аркадий Палыч. — Вязкая вода! Спасены!

Я не знал еще, что такое ретардант, но увидел, что бешено гудевший огненный вихрь, который должен был через несколько минут изжарить нас живьем, вдруг приостановился, точно путь ему преградила магическая сила.

Еще шумело пламя, и взлетали вверх головешки, и бабахали лопающиеся от жара стволы, рассыпая тучи искр, но огонь уже топтался на месте, не в силах перешагнуть через невидимый барьер, созданный ретардантом — той красной водой, которую разбрызгал самолет.

Теперь только я осознал как следует, какая опасность нам грозила. Руки и ноги тряслись, и мы никак не могли решиться спуститься вниз с пожарной вышки. Пришел еще самолет, с него попрыгали вниз парашютисты и начали тушить кромку огня. Только через день пожар потушили окончательно.

Степка тоже спасся, только немного обгорел и теперь забинтованный лежал в больнице.

Когда я рассказал ему о красном дожде-ретарданте, который спас нас от гибели, он вдруг спросил:

— А знаешь из чего сделан этот дождь?

— Не знаю, — сказал я, — Аркадий Палыч говорил, что это какая-то вязкая вода. Наверное, химия?

— Водоросли! — торжествующе заявил Степка. — Никакая химия без водорослей не смогла бы затушить такой пожар. Водоросли сделали воду вязкой. Ко мне приходил Аркадий Палыч и все про эту вязкую воду рассказал. Потому что и мы спаслись только благодаря ей. Если бы не водоросли и не вязкая вода, летел бы я сейчас по ветру в виде пепла...

Вот тут я и узнал, что такое вязкая вода. Обычная вода, которой тушили пожары с незапамятных времен, сейчас не удовлетворяет пожарных. Такая вода плохо проникает в лесную подстилку, в лесной торф — в те самые опасные места, где может затаиться тлеющий огонь. Решили воду сделать более «мокрой». Добавили в нее мыльных моющих веществ, и вода стала проникать в глубь подстилки в лесу отлично. Назвали эту воду «мокрой».

Но пылающий огонь такая мокрая вода тушит не лучше обычной, «сухой» воды. Чтобы вода тушила бушующее пламя, нужно, чтобы капельки ее крепко прилипали к горящему дереву. Химики перепробовали все свои химикаты, и ни один не помог. Тогда кто-то вспомнил об альгиновой кислоте, кислоте, добываемой из водорослей. Эта кислота и называется в честь водорослей, потому что слово «альгае» — значит водоросли.

Соли альгиновой кислоты — альгинаты используют текстильщики для проклеивания тканей, чтобы не расплывалась на них краска. Теперь эти альгинаты добавили к обычной сухой воде. И вода стала «липкой». Она стала вязкой. Вязкая вода стала знаменитой водой на нашей планете. Через несколько дней Степку выписали, руки его были еще забинтованы. Степка приподнял бинт.

— Быстро ты разделался со своими ожогами, — посмеялся я, — ты, наверное, много витаминов ешь, и на тебе все заживает, как на собаке!

— Спасибо, — сказал Степка, — за сравнение. Но зажило быстро не из-за витаминов, а из-за особой мази. Она сделана тоже из водорослей. Там тоже добавлены альгинаты. Водоросли ведь убивают всевозможных вредных микробов, а без них рана сама заживает.

litresp.ru

Специальная обработка воды, используемой при тушении пожаров

"Мокрая" вода - вода, обработанная химическим веществом в целях снижения поверхностного натяжения. Обработанная таким образом вода проникает в пористые материалы (например, в перевозимый в кипах хлопок и рулоны ткани) гораздо лучше, чем обычная, и может потушить пожар, который распространился в глубину.

"Вязкая" вода. Такая вода, обработанная в целях снижения способности растекания, образует пленку, которая прилипает к горящему материалу и удерживается дольше, чем обычная. Но вязкая вода не проникает вглубь так же легко, как "мокрая" или обычная, необработанная вода. Она образует скользкую поверхность и затрудняет хождение по мокрым палубам.

"Скользкая" вода - вода, к которой добавлено небольшое количество окиси полиэтилена для уменьшения ее вязкости и потери на трение в рукавах, в результате чего увеличивается дальность полета струи.

Пена

Пена - это скопление пузырьков, которое способствует ликвидации пожара, главным образом, за счет эффекта поверхностного тушения. Пузырьки возникают при смешивании воды с пенообразователем. Пена легче самого легкого воспламеняющегося нефтепродукта, поэтому при подаче на горящий нефтепродукт она остается на его поверхности.

Огнетушащий эффект пены. Пена используется для создания слоя на поверхности воспламеняющихся жидкостей, включая нефтепродукты. Слой пены не дает возможности воспламеняющимся парам выходить за пределы поверхности, а кислороду проникать к горючему веществу. Вода, которая содержится в пенном растворе, имеет также и охлаждающий эффект, что позволяет успешно применять пену для тушения пожаров класса A.

Идеальная пена должна течь достаточно свободно и быстро покрывать поверхность, прочно соединяясь с ней для создания и поддержания паронепроницаемого слоя, и сохранять количество воды, необходимое для обеспечения прочного слоя в течение продолжительного времени. При быстрой потере воды пена высыхает и разрушается под воздействием высокой температуры, образующейся при пожаре. Пена должна быть достаточно легкой, чтобы плавать на поверхности воспламеняющихся жидкостей, и вместе с тем достаточно тяжелой, чтобы ее не сносило ветром.

Качество пены обычно определяется:- временем разрушения 25% ее объема,- относительным расширением и- способностью выдерживать тепло (сопротивлением обратному удару пламени).

На эти качества влияют химический состав пенообразователя, температура и давление воды, эффективность пенообразующего устройства.

Пена, быстро теряющая воду, практически представляет собой жидкость. Она свободно обтекает препятствия и быстро распространяется. Такая пена используется для тушения пожаров в машинном отделении и других машинных помещениях, так как она может затекать под механизмы, настил и другие препятствия или обтекать их.

Существует два основных типа пены: химическая и воздушно-механическая.

Химическая пена. Такая пена образуется смешиванием щелочи (обычно бикарбоната натрия) с кислотой (как правило, сульфата алюминия) в воде. Эти вещества содержатся в одном герметичном контейнере. Чтобы сделать пену более прочной и продлить срок ее службы, к ней добавляется стабилизатор.

При взаимодействии указанных химических веществ образуются пузырьки, наполненные углекислым газом, который в данном случае практически не обладает никакой огнетушащей способностью; его назначение - заставить пузырьки всплывать. На один объем воды образуется 7-16 объемов пены.

Порошок может храниться в емкостях и вводиться в воду в процессе борьбы с пожаром через специальную воронку или каждое из двух химических веществ может быть предварительно перемешано с водой, в результате чего образуется раствор сульфата алюминия и раствор бикарбоната натрия. В последнем случае растворы хранятся в разных емкостях, пока не возникнет необходимость в пене. Тогда растворы перемешивают и получают пену.

В настоящее время на судах и на берегу широко используют системы с химической пеной, но постепенно они заменяются на более новые системы с воздушно-механической пеной.

Воздушно-механическая пена. Эта пена образуется из пенного раствора, получаемого при смешивании пенообразователя с водой. Пузырьки возникают при турбулентном перемешивании воздуха с пенным раствором. Как следует из самого названия пены, ее пузырьки заполнены воздухом. Качество пены зависит от степени перемешивания, а также от исполнения и эффективности используемого оборудования, а ее количество - от конструкции этого оборудования.

Существует несколько типов воздушно-механической пены, одинаковых по природе, но имеющих разную огнетушащую эффективность. Ее пенообразователи производят на основе протеина и поверхностно-активных веществ. Поверхностно-активные вещества - это большая группа веществ, включающая моющие средства, смачиватели и жидкое мыло.

Пена на протеиновой основе

Пена на протеиновой основе была разработана еще во время второй мировой войны. Она получается из животных и растительных отходов, богатых белками. Эти отходы подвергаются гидролизу - химической реакции с водой, в результате которой образуется слабая кислота. Для увеличения сопротивления разрушению, т.е. для предупреждения обратного удара пламени, добавляют минеральные соли. Пена образуется при добавлении пенообразователя к воде любого типа, кроме воды, загрязненной нефтепродуктами. При добавлении специальных присадок пена может образовываться при температурах ниже температуры замерзания (до -23°С). Пена на протеиновой основе несовместима с огнетушащими порошками.

Пена на фторпротеиновой основе

Такая пена аналогична пене на протеиновой основе, но отличается тем, что в нее добавлено фторированное вещество. Эта пена может вводиться в цистерну под поверхность жидкости и успешно применяться с огнетушащими порошками. Фторпротеин выпускается в 3 и 6%-й концентрации. Со специальными присадками пена может использоваться при температурах ниже температуры замерзания.

Пена для тушения спиртов

Пена на протеиновой основе, стойкая к спиртам, аналогична пене на протеиновой основе, однако она смешивается с нерастворимым мылом с целью использования для тушения растворимых в воде органических воспламеняющихся жидкостей (спиртов, кетонов, эфиров и альдегидов), которые разрушают обычную пену. На танкерах, перевозящих эти жидкости, следует предусматривать использование такой пены. Интенсивность ее подачи зависит от конструктивных особенностей судна, перевозимых грузов и установленной системы пенотушения.

Синтетическая пена

Синтетическая пена на основе моющих средств получается из солей алкилсульфокислоты. Эта пена менее устойчива к обратному удару пламени, чем любая пена на протеиновой основе. Она образуется быстрее протеиновой и требует меньше воды, что очень важно в условиях, когда запас воды ограничен.

Пена "легкая вода"

Данная пена препятствует испарению воспламеняющейся жидкости, образуя пленку воды. Подобно пене других типов, она обладает охлаждающим эффектом и эффектом поверхностного тушения. Это двойное действие обеспечивает высокоэффективное быстродействующее покрытие слоем пены растекающейся горючей жидкости.

Такая пена изготавливается из поверхностно-активных веществ с помощью сложного химического процесса, в результате которого получается огнетушащее вещество, обладающее высокой эффективностью. Молекула поверхностно-активного вещества на одном конце полярна (растворима в воде), а на другом нет (растворима в масле и нерастворима в воде). Именно вследствие этого моющие средства обладают способностью смывать жиры и масла, нерастворимые в воде. В процессе применения поверхностно-активные вещества смешиваются с водой до того, как они достигнут ствола. При смешивании с водой полярный конец молекулы растворяется, а неполярный остается незадействованным. Когда поверхностно-активное вещество достигает поверхности воспламеняющейся жидкости, неполярный конец молекулы растворяется в горючем веществе. Полярный конец увлекает за собой воду. Таким образом, на поверхности нерастворимой в воде жидкости, такой как бензин, керосин или реактивное топливо, плавает тонкая водяная пленка. Она удерживается на поверхности горящего топлива, несмотря на то, что тяжелее его, так как поверхностное натяжение превышает силу тяжести. Пленка очень тонкая - ее толщина менее 0,003 см. Остальная вода уходит под поверхность топлива на дно емкости.

Поскольку механизм действия "легкой воды" основан на поверхностном натяжении, она покрывает тонким слоем значительно большую поверхность, чем обыкновенная вода. Тонкая пленка воды, распространяясь по воспламеняющейся жидкости, удерживает ее пары под своей поверхностью. Если они не доходят до пламени, горение прекращается. При перемешивании пленка может разрушиться. Кроме того, она может разрушиться на ходу судна при качке, особенно на сильном волнении.

В некоторых отношениях пена "легкая вода" аналогична "мокрой воде". Она имеет низкую вязкость и быстро распространяется по горящему материалу. Вода, выделяющаяся из пены этого типа, имеет низкое поверхностное натяжение, поэтому "легкую воду" можно применять для одновременного тушения пожаров классов A и B. Отделяющаяся вода проникает внутрь горящего материала и охлаждает его, а пленка создает эффект объемного тушения.

Для получения "легкой воды" может быть использована пресная или забортная вода. Как было указано ранее, "легкая вода" может применяться до или после огнетушащих порошков. Пенообразователи "легкой воды" не должны смешиваться с пенообразователями пены других типов, хотя в виде пены они могут успешно использоваться для тушения одного и того же пожара.

Низкотемпературная пена. Большинство пенообразователей может быть снабжено добавками, обеспечивающими их защиту до температуры - 6, 7°С во время хранения и использования, но температура воды, которая смешивается с пенообразователем, должна быть выше 0°С.

Все пены характеризуются кратностью, под которой понимается отношение объема пены к объему воды и пенообразователя. Согласно Правилам Регистра, пены имеют низкую, среднюю и высокую кратность с отношением 10:1, 50:1-150:1, 1000:1 соответственно.

Высокократная пена

Это пена с кратностью больше 1000:1. В отличие от обычной пены, которая обеспечивает покрытие горящей поверхности слоем толщиной несколько сантиметров, высокократная пена является объемной.

Высокократная пена предназначена для тушения пожаров в ограниченных помещениях. Будучи тяжелее воздуха, но легче воды или нефтепродуктов, она будет стекать через отверстия и заполнять отсеки, помещения и щели, вытесняя из них воздух. Таким образом, к пожару прекращается доступ кислорода. Поскольку пена содержит воду, она поглощает теплоту и охлаждает горящий материал. Если высокократная пена поглотила достаточное количество теплоты для того, чтобы содержащаяся в этой пене вода при 100°С превратилась в пар, то значит она поглотила максимально возможное количество теплоты. Выделяющийся пар продолжает вытеснять кислород и, таким образом, способствует ликвидации пожара.

lektsia.com

Увеличение вязкости воды

Здравствуйте! Прошу Вас подсказать, существуют ли какие-либо добавки, с помощью которых можно увеличить вязкость воды? Ситуация следующая - есть стена, облицованная полосами натурального гранита. На сколах гранита капли воды отрываются от стены, и летят под углом вниз на пол. Можно ли как-то загустить воду так, чтобы она не отрывалась от стены?

Здравствуйте, Андрей!

Проблемами вязкости и внутреннего трения жидкостей одним из первых занимался французский физик Кулон. Потом этими проблемами занимались Мейер, Кениг, Гельмгольц, Пиотровский и другие.

С физической точки зрения вязкость жидкости – свойство жидкости оказывать сопротивление передвижению ее частиц и характеризующее степень ее текучести и подвижности. В общем случае вязкость является свойством движущейся жидкости и в состоянии покоя не проявляется. Вязкость обуславливает появление сил сопротивления при движении жидкости. Эти силы называются силами внутреннего трения, или силами вязкости.

Наличие сил внутреннего трения движущейся жидкости впервые установил Ньютон; впоследствии русский ученый В. Н. Петров в 1888 г. привел математическое выражение для силы трения. С точки зрения молекулярной теории вязкость объясняется как движением молекул, так и наличием молекулярных сил. В жидкостях, где расстояние между отдельными частицами много меньше, чем в газах, первостепенную роль играет межмолекулярное взаимодействие.

Теория всех этих методов 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 найденному Пуазейлем (0,01009), а именно 0,01014.

Динамическая вязкость жидкости η определяется по методу Стокса из наблюдений за движением шарика в воде. На шарик, падающий в жидкости, действует сила тяжести Fт,  сила Архимеда Fа и сила внутреннего трения Fсопр.  Вследствие этого при некоторой скорости движения шарика его сила тяжести полностью уравновешивается силой вязкости и силой Архимеда. С этого момента движение шарика будет равномерным. Зависимость между силами, действующими на шарик при его установившемся равномерном движении, выражается равенством Fт =  Fа + Fсопр., откуда Fсопр = Fт  Fа, но Fт  =  mg = 4πr3ρg/3, где m – масса шарика, r – его радиус, ρ – плотность шарика. Fа  =  mжg = 4πr3ρжg/3, где mж – масса жидкости в объеме шарика, ρж – плотность жидкости. Английский ученый Стокс показал, что сила вязкости, возникающая при движении шарика в жидкости (Fсопр), определяется формулой Fсопр = 6πrηυ, где υ – скорость шарика, η – значение вязкости.

График зависимости вязкости воды от температуры показан ниже:

Из графика зависимости вязкости воды от температуры видно, что с повышением температуры воды её вязкость уменьшается. Чем же это вызвано? Из курса химии известно, что взаимодействие между молекулами жидкости вызвано в основном водородными связями (вода, аммиак, фтороводород) и силами Ван-дер-Ваальса. Силы Ван-дер-Ваальса – это силы притяжения между молекулами вещества в газообразном, жидком и кристаллическом состояниях, они могут возникать между полярными, неполярными, а также полярными и неполярными молекулами. Силы взаимодействия между молекулами жидкости значительно больше по сравнению с силами, действующими в газах. Силы взаимодействия между молекулами жидкости зависят от ее химической природы. Чем более полярны молекулы жидкости, тем сильнее взаимодействие между молекулами и тем ближе по строению и поведению жидкость к кристаллу. Межмолекулярные взаимодействия проявляются и между неполярными молекулами. Если бы между молекулами воды действовали только Вандер-Ваальсовые силы взаимного притяжения, вода замерзала 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 между молекулами воды ослабевают, значит уменьшается взаимодействие между молекулами воды, а следовательно и сила внутреннего трения, но главная причина этого явления заключается в другом. Вязкость воды обусловлена межмолекулярным взаимодействием её слоёв, в результате которого из слоя в слой молекулами переносится импульс  mυ, где υ – скорость движения молекул, m – масса молекул воды. С ростом температуры межмолекулярные взаимодействия ослабляются из-за теплового расширения жидкости и увеличения межмолекулярных расстояний, а также из-за увеличения подвижности молекул воды; вследствие этого  вязкость уменьшается. Межмолекулярное взаимодействие ограничивает подвижность молекул. В жидкости молекула может проникнуть в соседний слой лишь при образовании в нём полости, достаточной для перескакивания туда молекулы. На образование полости (на «рыхление» жидкости) расходуется так называемая энергия активации вязкого течения. Энергия активации уменьшается с ростом температуры. В этом состоит одна из причин резкого снижения вязкости жидкостей с повышением температуры.

Табл. 1. Динамическая вязкость воды при различных температурах *

* Данные приведены из – "Лабораторные работы и задачи по коллоидной химии. / Под ред. Ю.Г. Фролова и А.С. Гродского. М.: Химия. 1986. 216с.", "Краткий справочник физико-химических величин. / Под ред. А.А. Равделя и А.М. Пономаревой. Л.: Химия. 1983. 232с.".

Табл. 2. Поверхностное натяжение воды при различных температурах *

* Данные приведены из – " Лабораторные работы и задачи 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 или, 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) почти вдвое меньше ее вязкости при 0°. Но особенно сильно изменяется с температурой вязкость некоторых растительных масел: для миндального масла, при нагревании его от 20° до 80°, вязкость уменьшается в 6,5 раз, для оливкового масла - от 20° до 80° вязкость уменьшается с лишком в 7 раз. Отсюда самым простым решением вашей проблемы может быть использование холодной воды при температурах, близким к 0°. Кроме того, существуют водорастворимые синтетические и природные полимеры, повышающие вязкость воды. По химическому составу они включают эфиры целлюлозы, желатинизированные крахмалы, оксиды полиэтилена, альгинаты, полиакриламиды, полимеры карбоксивинила и виниловый спирт. Из подручных средств для повышения вязкости воды в неё можно добавить и мыло, и крахмал, и клей, и щёлочь.

В заключение следует подчеркнуть, что вязкость жидкости имеет большое значение в различных областях технологии. По вязкости во многих случаях судят о готовности или качестве продуктов производства, поскольку вязкость тесно связана со структурой вещества и отражает те физико-химические изменения материала, которые происходят во время технологических процессов (производство резины, стекла, доменный или мартеновский процесс). Вязкость имеет большое значение в различных природных, особенно биологических процессах, определяя скорость течения жидкостей и сопротивление, оказываемое ими движению частиц. Изменение вязкости с температурой сказывается на скорости химических реакций, протекающих в биологических системах, на ряде физико-химических явлений, связанных с жизнедеятельностью клетки.

С уважением, к.х.н. О. В. Мосин

www.o8ode.ru

Смотрите также

• 
  Микробиология воды
• 
  Капиллярная вода
• 
  Расщепление воды
• 
  Жук вода
• 
  Сульфатная вода
• 
  Вода медицине
• 
  Баллон воды
• 
  Вода железнодорожная
• 
  Утечка воды
• 
  Управление водой
• 
  Чашка воды