1.2. Фізико-хімічні властивості АНХР

агрегатні стани.mp4

Основні терміни та поняття: агрегатний стан, розчинність, нормальні умови, стандартні умови, розчинність, щільність, гідроліз, летючість, концентрація, теплове розширення і стискання.

Для оцінки хімічної небезпеки необхідно чітко розуміти від яких фізико-хімічних властивостей буде залежити швидкість та масштаби хімічного забруднення.

Агрегатний стан. При звичайних умовах АНХР можуть бути у виді твердих, рідких та газоподібних речовин. Однак, при виробництві, використанні, зберіганні або їх перевезенні агрегатний стан може змінюватися. З фізичної точки зору перехід з одного агрегатного стану в інший обумовлюється зміною температури кипіння та замерзання. Зміну агрегатного стану розглянемо на прикладі речовин хлор та амоніак за звичайних умов (н.у.).

Хлор за звичайних (нормальних) умов перебуває у газоподібному стані, проте за температури (-34 0С) він скраплюється і переходить у рідкий стан. За температури (-100,8 0С) він твердне.

Амоніак також за звичайних умов перебуває у газоподібному стані з температурою скраплення (-34 0С). За температури (-78 0С) амоніак переходить у твердий агрегатний стан.

Не ототожнюйте поняття стандартні умови та нормальні умови.

Міжнародний союз теоретичної та прикладної хімії IUPAC визначає нормальні умови: тиск у 101,325 кПа і температуру 20 °C (293,15 К) і стандартні умови: тиск у 100 кПа і температуру 0 °C (273,15 К).

Отже, бачимо, що найбільшу небезпеку становлять НХР газоподібні та/або у скрапленому стані так, як швидкість утворення зони хімічного зараження є максимальною. Достатньо високу небезпеку становлять леткі рідини та тверді хімічні речовини, що при звичайних умовах можуть легко розкладаються та випаровуватися.

Розчинність. Здатність однієї речовини рівномірно розповсюджуватися по об’єму іншої утворюючи розчин називається розчинністю. Розчинність обумовлюється фізичною і хімічною спорідненістю молекул розчинника і розчиненої речовини (виконується принцип: «подібне розчиняється у подібному»). Деякі рідини можуть необмежено розчинятися в інших, тобто змішуються у будь-яких пропорціях (наприклад, спирт і вода).

Всі речовини за розчинністю поділяються на: водорозчинні, нерозчинні у воді, розчинні в органічних розчинниках. Ступінь розчинності виражають кількістю грам розчиненої речовини, що може розчинитися у 100 грамах розчинника з утворенням насиченого розчину. Розчинність АНХР у воді та органічних розчинниках має суттєве значення. Добра розчинність може привести до сильного зараження водосховищ, потрапляння забрудників у підземні води, тощо. В той же час добра розчинність в воді і органічних розчинниках є важливою властивістю, яка застосовується для деконтемінації АНХР (таблиця 2).

Щільність. Щільність (густина) – це кількість НХР в одиниці об’єму повітря, або рідини. Вона вимірюється в (г, мг/м3). На практиці виникає завдання визначити у скільки рази пари певної НХР важчі чи легші за повітря. Для цього необхідно молекулярну масу НХР поділити на молекулярну масу повітря (молекулярна маса повітря складає 29 г/моль).

D = Mr/29

Якщо щільність газової фази АНХР більше одиниці, то на початковому етапі хмара буде скупчуватися в низинних місцях рельєфу місцевості, створюючи високі концентрації. Якщо щільність менша - то утворена хмара буде поширюватися далеко від місця викиду.

Наприклад: Визначити у скільки разів пари хлору важчі за повітря. Молекулярна маса хлору складає 71 г/моль.

D = 71/29 = 2,44.

Отже, пари хлору важчі за повітря у 2,44 рази, тому будуть накопичуватися у низинах.

Також на практиці має значення густина АНХР за водою. УВАГА! Легкозаймисті рідини, які легші за воду (густина 1 г/см3) і не розчинній в ній забороняється гасити водою так, як вони будуть спливати на її поверхню і продовжувати горіти. Приклади: нафта (0,8 г/см3), етанол (0,79 г/см3), ацетон (0,78 г/см3), тощо.

Гідроліз. При контакті з водою деякі речовини можуть розкладатися, і така особливість називається гідролізом (розпадом). Гідроліз визначає умови зберігання, стан НХР в повітрі і на місцевості, стійкість її у випадку аварійного викиду (виливу). При чому, чим менше АНХР піддається гідролізу тим більше тривала дія його ураження і навпаки. В цілому гідроліз є єдиним способом природньої нейтралізації НХР.

Летючість. Можливість конкретної хімічної речовини переходити в пароподібний стан називається летючістю (леткістю). Кількісною характеристикою летучості є максимальна концентрація пари АНХР при певній температурі навколишнього середовища. Причому температура має тісний зв'язок з цією властивістю. Чим нижча температура кипіння НХР, тим вища її летючість, швидкість пароутворення, а звідси і ступінь хімічного забруднення і ураження.

Максимальна концентрація – це кількість АНХР, яка може розчинитися у повітрі у вигляді газу, у воді, тощо. Одиниці вимірювання мг/м3. Відповідно максимальна концентрація може бути у рази більшою за гранично допустиму концентрацію ( надалі ГДК). Максимальна концентрація дає можливість оцінити кількість сил та засобів на дегазацію та нейтралізацію АНХР.

Температура кипіння. Ця властивість дозволяє побічно судити про летучість АНХР і характеризувати тривалість дії ураження. ПРАВИЛО! Чим вище температура кипіння АНХР, тим повільніше вона випаровується і її максимальна концентрація буде меншою і навпаки.

Речовини, які мають температуру кипіння 10 0С і нижче мають найвищу летючість. Вище — летючість змінюється обернено пропорційно.

Рідини, які мають температуру кипіння меншу ніж 100 0С гасити водою забороняється.

Температура замерзання. Температура, при якій рідина лишається рухомості і густіє настільки, що при нахилі пробірки під кутом 45° її рівень залишається незмінним на протязі 1 хвилини називається температурою замерзання. Деякі речовини уже замерзають при пониженій температурі: концентрована ацетатна кислота (+15,8 0С), бензен (+ 5,5 0С), анілін (-6,3 0С). Тому, температура замерзання має важливе значення при транспортуванні і визначає особливості поведінки АНХР при низьких температурах.

Розрахунок температури кипіння проводити за формулою: lgT = (B - 8*M 0.5) / M

де T - абсолютна температура кипіння, К;

М - молекулярна маса;

В - сума емпірично встановлених атомних та групових інкрементів (див. Таблицю 3).

Наприклад: бензен C6H6 має молярну масу М = 78 г/моль, тоді

В = 6(С) + 6(Н) + 3(подвійний зв’язок) + 1(6-членний цикл) =

= 6×10,9 + 6×23,2 + 3×16,1 + 1×17,7 = 270,6

lg T = (270,6 — 8 × 780,5) / 78 = 2,56; Тоді: 10 2,56 = 363,1 К

або t = 90,1 0С. В дійсності температура кипіння бензену 85 0С при тиску 101,3 кПа.

Теплове розширення та стискання – це зміна геометричних розмірів (об’єму) тіла внаслідок зміни його температури. Ця властивість характерна для усіх речовин. Коли речовина нагрівається, то її частинки починають інтенсивніше рухатися, збільшується середня відстань між молекулами і збільшується об’єм. Тобто при більших температурах площа хмари при аварійному викиді буду більшою. Теплове стискання використовують при перевезені газоподібних речовин в результаті їх об’єм стає меншим.

Корозійна активність. За своєю агресивною природою більша кількість НХР може руйнувати оболонки, в яких вона зберігається (перевозиться). Процес руйнування пояснюється взаємодією НХР з матеріалом тари, ємкості. Ця властивість є причиною більшості аварій (руйнувань) на промислових і транспортних об’єктах, в тому числі при неправильному зберігання. Більшість АНХР має підвищену корозійну активність, тому необхідно правильно підбирати ємкості в яких буде здійснюватися транспортування та зберігання агресивних речовин.

Для багатьох АНХР характерна тривалість зараження навколишнього середовища, а також прояв віддалених ефектів ураження людей і об’єктів біосфери. Наприклад, в 1976 році в м. Севезо (Італія) в результаті руйнування на хімічному заводі одного із апаратів, в якому здійснювався синтез трихлорфенолу, в повітря була викинута хмара, яка крім головного продукту синтезу мало майже 4 кг діоксану. Хмара розповсюдилась на площі біля 18 км2. В результаті хімічної небезпечної ситуації крім значної матеріальної шкоди, було уражено декілька сотень чоловік, загинула більшість сільськогосподарських тварин. Приходилося здійснювати евакуацію населення та проводити дегазація місцевості майже на протязі 8 років.

Масштаби ураження при хімічних небезпечних аваріях дуже сильно залежать від метеорологічних умов і умов зберігання АНХР. Так, іноді сильний викид може не спричинити значної шкоди або він буде мінімальним, в той же час менший викид в інших умовах може привести до більшої шкоди.

Виконай тести:

1. Виберіть середній запас небезпечних хімічних речовин НХР на хімічно небезпечних об’єктах:

1). 3 денний запас;

2). 4 денний запас;

3). 5 денний запас;

4). 6 денний запас.

2. Виберіть визначення аварійно небезпечних хімічних речовин АНХР:

1). це НХР, які зберігаються на ХНО більше 1 тони;

2). це НХР, які обертаються на ХНО в великих кількостях і можуть бути причиною виникнення надзвичайних ситуацій;

3). це НХР, що виробляються на ХНО;

4). це НХР, які переробляються, транспортуються менше 1 тони.

3. Ступінь летючості (леткості) АНХР залежить від:

1). хімічної активності НХР;

2). розчинності у воді;

3). температури кипіння НХР;

4). ступеня гідролізу НХР.

4. Виберіть одиницю вимірювання щільності (густини) АНХР у паро- газоподібному стані:

1). мг/м3;

2). моль;

3). мг/кг;

4). г.

5. В середньому при транспортуванні, зберіганні рідких та газоподібних АНХР, ємкості наповняють на:

1). 60%;

2). 100%;

3). 95%;

4). 80%.

6. Виберіть АНХР, які мають в основному найнижчу температуру кипіння:

1). тверді, сипучі матеріали;

2). рідини, що димлять;

3). органічні розчинники;

4). рідкі та стиснені гази.

Питання та завдання для самоперевірки знань

1. Який взаємозв'язок має агрегатний стан з температурою кипіння НХР?

2. Як визначити густину хмари за повітрям? Густину рідини щодо води?

3. Дати визначення поняттю "летючість"? Як вона залежить від температури кипіння НХР?

4. Дати визначення поняттю "розчинність"? Пояснити її практичне значення.

5. Пояснити суть теплового розширення та стискання?

6. Визначити відношення до повітря парів амоніаку, бензену та фенолу.

7. Визначити температуру кипіння для амоніаку, толуену та фенолу.

Page updated

Google Sites

Report abuse