Изменение теплопроводности Н2О при плавлении льда I и дальнейшее изменение T с ростом температуры жидкой воды представлено на рис.18, откуда видно, что теплопроводность при плавлении льда I уменьшается приблизительно в 4 раз. Исследование изменения теплопроводности переохлажденной воды вплоть до -40ºС показывает, что переохлажденная вода не имеет никаких особенностей при 0ºС (табл.11). Для иллюстрации нормального температурного хода теплопроводности представлена зависимость теплопроводности ССl4 от температуры.

Все нормальные жидкости с ростом давления изменяют знак зависимости теплопроводности от температуры. Для большого класса жидкостей это изменение имеет место при давлении 2000-3000 кг/см2. Теплопроводность воды не изменяет характера температурной зависимости под давлением. Относительная величина увеличения теплопроводности воды при давлении 1200 кг/см2 составляет ~50%, в то время как для других нормальных жидкостей это увеличение при том же давлении составляет ~270%.

Теплопроводность Н2О очень слабо зависит от давления. Такое маленькое относительное увеличение теплопроводности воды с ростом давления связано с малой сжимаемостью воды по сравнению с другими жидкостями, которая определяется характером сил межмолекулярного взаимодействия.

Самодиффузия.

Самодиффузией называют процесс перемещения молекул среди себе подобных на расстояния, превышающие их диаметр. Для наблюдения этого явления необходимо каким-либо способом различать диффундирующий молекулы. В одном из методов некоторая часть молекул метится с помощью изотопов. При этом возможно изменение межмолекулярных сил в смешанной системе, особенно при замене атома Н в молекуле Н2О на D или Т.

На опыте измеряется зависящая от времени концентрация меченых молекул в определенном объеме жидкости, зная которую можно найти коэффициент самодиффзии D. Так, в одномерном случае

(1.1)

где С – концентрация.

На микроскопическом уровне процесс диффузии представляет собой случайные перемещения рассматриваемых молекул. Если r(t)-r(0) – изменение продолжительности диффундирующей молекулы за время t, то согласно теории случайных блужданий коэффициент самодиффузии связан со средним квадратом этой величины соотношением

(1.2)

где индекс 0 при угловых скобках указывает, что окружение диффундирующей молекулы находится в равновесии. Для очень малых промежутков времени движение диффундирующей молекулы рассматривается как прямолинейное, и отрезок времени, соответствующий прямолинейному участку, определяет элементарный шаг при случайных блужданиях. Только после большого числа шагов соотношение (1.1) асимптотически приближается к зависящему от времени значению D.

Приведенное определение самодиффузии отражает основную идею, состоящую в том, что при случайном блуждании отдельные шаги статистически независимы как в отношении направления, так и в отношении длины; корреляции скорости нет, и последующее движение молекулы происходит в направлении, не зависящем от первоначального. На основании этого коэффициент диффузии можно выразить через автокорреляционную функцию скорости :

, (1.3)

,

где - скорость диффундирующей молекулы в момент времени .

Так как автокорреляционная функция есть четная функция своего аргумента, то имеет место важное и хорошо известное выражение для коэффициента самодиффузии:

. (1.4)

Коэффициент самодиффузии связан с коэффициентом подвижности молекул. Подвижность молекул в жидкости определяется как коэффициент, обратный коэффициенту трения. Так как коэффициент трения представляет собой отношение действующей на молекулу силы к приобретенной молекулой скорости, то

(1.5)

где F – сила, – скорость, q – подвижность.

Подвижность представляет собой отношение средней направленности скорости движения каких-либо частиц под действием внешней силы к величине этой силы. Из закона сохранения плотности вещества следует, что при возникновении направленного потока в одну сторону в противоположную должен двигаться такой же поток за счет диффузии. Соотношение Энштейна для подвижности имеет вид

, (1.6)

где k – постоянная Больцмана.

Из соотношений (1.2) и (1.6) можно получить соотношение между диффузией и подвижностью:

. (1.7)

Очень часто предполагают, что к молекулам применим закон Стокса, т.е. рассматривают молекулы как шары радиуса r. В этом случае

(1.8)

и

. (1.9)

По Максвеллу, , и, следовательно

, (1.10)

или

, (1.11)

где - модуль сдвига, - время релаксации упругих сил, определяющих сдвиговую вязкость (Литовиц, Дэвис, 1968).

Согласно данным работы (Литовиц, Дэвис, 1968) модуль объемного сжатия связан с модулем сдвига для водородосвязанных жидкостей следующим соотношением:

. (1.12)

Из соотношений (1.11) и (1.12) получаем

. (1.13)

В табл.12 представлены данные различных работ относительно коэффициента самодиффузии Н2О при T = 25ºС. Анализ этих данных показывает, что в пределах точности эксперимента численное значение диффузии не зависит от того, каким методом он измерен. Среднее значение D, полученное всеми методами для Н2О при 25ºС:

см2/с.

Зависимость D от температуры представлена в табл.13. Здесь же представлена зависимость вязкости воды от температуры.