Вода и расплавленная соль: Вода и расплавленная соль: эксперимент на видео

Расплавленную соль в воду — Мастерок.жж.рф — LiveJournal

?

Расплавленную соль в воду
masterok
March 11th, 2016

У меня вот вопрос. По этой теме я нашел вот такие объяснение …

Явление, благодаря которому капли воды на раскаленной сковородке катаются, словно шарики ртути, а не испаряются мгновенно, физики называют эффектом Лейденфроста. Вот тут мы рассматривали подробнее эффект прыгающей капли. Испарение при этом происходит без пузырьков — только на границе тел, а не в объеме жидкости. Это происходит потому, что во время контакта жидкости с телом, нагретым до определенной температуры, между ними образуется слой пара, сильно препятствующий теплообмену. Такая температура называется точкой Лейденфроста. Для воды она составляет обычно чуть менее 200 градусов Цельсия.

При падении температуры нагретого тела ниже этой точки слой пара исчезает, жидкость приходит в непосредственный контакт с твердой поверхностью и скорость теплообмена резко увеличивается. При этом происходит взрывное вскипание во всем объеме жидкости.

Вот еще один горе-экспериментатор:

А вот почему тут ничего не происходит я не понял:

Многие утверждают, что в первом ролике очень важен состав соли и его структура. Только лишь из за определенного химического взаимодействия происходит взрывной эффект.

А вот посмотрите как на заводах металл льют в воду: http://news.tut.by/reporter/401989.html

На видео запечатлен момент, когда расплавленный металл сливается в специальный резервуар, где после ливня еще осталась вода. Можно увидеть не только фонтан искр, но и несколько небольших взрывов.

Tags: Химия

  • Синее пламя в воде

    Кто знает, что это? Люминол был синтезирован в Германии в 1902 году, но своё настоящее название получил позднее. Он представляет собой кристаллы…

  • Утонет ли урановый лом в ванне РТУТИ?

    Кто из динозавров интернета помнит мем «сам топи урановые ломы в ртути»? А мне вот попалась на глаза вот такая гифка. Согласитесь,…

  • Что пошло не так?

    Интересно. Вот он кинул что-то в колбу — ничего не произошло. А потом начал болтать и произошел какой-то взрыв чуть ли не с огненной вспышкой.…

Солёная солнечная энергия / Хабр

Добыча и использование энергии Солнца — одно из важнейших достижений человека с точки зрения энергетики. Основная сложность теперь заключается даже не в собирании солнечной энергии, а в её хранении и распределении. Если удастся решить этот вопрос, то традиционные предприятия, работающие на ископаемом топливе, можно будет отправить на пенсию.

SolarReserve — компания, предлагающая использовать расплавленную соль в солнечных электростанциях и работающая над альтернативным решением проблем хранения. Вместо использования солнечной энергии для выработки электроэнергии и дальнейшего хранения её в солнечных батареях, SolarReserve предлагает перенаправлять её на тепловые накопители (башни). Энергетическая башня будет получать и хранить энергию. Способность расплавленной соли оставаться в жидкой форме делает из неё совершенное средство для термального хранения.

Задача компании — доказать, что её технология может сделать солнечную энергию доступным источником энергии, работающим круглосуточно (как на любой электростанции, работающей на ископаемом топливе). Концентрированный солнечный свет нагревает в башне соль до 566 °C, и она хранится в гигантском изолированном резервуаре, пока не будет использована для создания пара для запуска турбины.

Впрочем, обо всём по порядку.

Начало


Главный технолог SolarReserve, Уильям Гулд более 20 лет потратил на развитие технологии CSP (concentrated solar power) с расплавленной солью. В 1990-х годах он был руководителем проекта демонстрационной установки Solar Two, построенной при поддержке Министерства энергетики США в пустыне Мохаве. Десятилетием раньше там же проверяли сооружение, которое подтвердило теоретические расчеты, о возможности коммерческой выработки энергии с помощью гелиостатов. Задача Гулда заключалась в том, чтобы разработать аналогичный проект, в котором вместо пара используется нагретая соль, а также найти доказательства, что энергия может быть сохранена.

При выборе ёмкости для хранения расплавленной соли Гулд колебался между двумя вариантами: производителем котлов с опытом работы на традиционных электростанциях, работающих на ископаемом топливе, и компанией Rocketdyne, которая производила ракетные двигатели для НАСА. Выбор был сделан в пользу ракетостроителей. Отчасти из-за того, что в начале своей карьеры Гулд работал инженером-ядерщиком в гигантской строительной компании Bechtel, работавшей над калифорнийскими реакторами San Onofre. И считал, что не найдёт более надёжной технологии.

Сопло реактивного двигателя, из которого вырываются горячие газы, на самом деле состоит из двух обечаек (внутренней и внешней), в фрезерованных каналах которых прокачиваются топливные компоненты в жидкой фазе, охлаждая металл и удерживая сопло от плавления. Опыт Rocketdyne в разработке подобных устройств и работе в сфере высокотемпературной металлургии пригодился при разработке технологии использования расплавленной соли на солнечной электростанции.

Проект Solar Two мощностью 10 МВт успешно функционировал в течение нескольких лет и был выведен из эксплуатации в 1999 году, подтвердив жизнеспособность идеи. Как признаётся сам Уильям Гулд, у проекта были некоторые проблемы, которые нужно было решить. Но основная технология, используемая в Solar Two, работает и в современных станциях вроде Crescent Dunes. Смесь нитратных солей и рабочие температуры идентичны, отличие лишь в масштабах станции.

Преимущество технологии использования расплавленной соли заключается в том, что она позволяет поставлять мощность по требованию, а не только тогда, когда светит солнце. Соль может сохранять тепло в течение нескольких месяцев, поэтому иногда случающийся пасмурный день не влияет на доступность электроэнергии. Кроме того, выбросы электростанции минимальны, и, конечно же, нет никаких опасных отходов, созданных в качестве побочного продукта процесса.

Принципы работы


Солнечная электростанция использует 10 347 зеркал (гелиостатов), установленных на 647,5 гектар (это 900 с лишним футбольных полей), чтобы сконцентрировать солнечный свет на центральной башне высотой в 195 метров и заполненной солевой «начинкой». Эта соль нагревается солнечными лучами до 565 °C, и тепло хранится, а затем используется для преобразования воды в пар и для работы генераторов, производящих электричество.

Зеркала называются гелиостатами, так как каждое из них может наклоняться и поворачиваться, чтобы точно направлять свой луч света. Расположенные в концентрических кругах, они фокусируют солнечный свет на «приемнике» в верхней части центральной башни. Сама башня не светится, приемник имеет матово-чёрный цвет. Эффект свечения возникает как раз-таки из-за концентрации солнечных лучей, нагревающих ёмкость. Горячая соль стекает в резервуар из нержавеющей стали ёмкостью 16 тыс. м³.

Гелиостат

Соль, которая при этих температурах выглядит и течет почти так же, как вода, проходит через теплообменник, чтобы вырабатывать пар для работы стандартного турбогенератора. В баке содержится достаточно расплавленной соли для работы генератора в течение 10 часов. Это составляет 1100 мегаватт-часов хранения, или почти в 10 раз больше, чем самые большие системы ионно-литиевых батарей, которые были установлены для хранения возобновляемой энергии.

Трудный путь


Несмотря на перспективность идеи, нельзя сказать, что SolarReserve добились успеха. Во многих отношениях компания оставалась стартапом. Хотя стартапом энергичным и ярким во всех смыслах. Ведь первое, что вы увидите, взглянув в сторону электростанции Crescent Dunes, это свет. Столь яркий, что на него невозможно смотреть. Источником света служит 195-метровая башня, горделиво возвышающаяся над пустынными территориями Невады примерно на половине пути между маленьким городком Рино и Лас-Вегасом.

Как выглядела электростанция на разных этапах строительства

2012 год, начало строительства

2014 год, проект близок к завершению

Декабрь 2014, Crescent Dunes почти готов к эксплуатации

Готовая станция


Где-то в часе езды отсюда находится знаменитая Зона 51, секретный военный объект, который этим летом всем интернетом грозились штурмовать, дабы «спасти» инопланетян из рук американского правительства. Такое соседство приводит к тому, что путешественники, увидевшие необычайно яркое свечение, порой спрашивают местных жителей, не стали ли они свидетелями чего-то необычного или даже инопланетного. И потом искренне огорчаются, узнав, что это всего лишь солнечная электростанция, окружённая полем зеркал шириной почти 3 км.

Строительство Crescent Dunes началось в 2011 году благодаря ссудам от правительства и инвестициям от NV Energy, основной коммунальной компании Невады. А построили электростанцию в 2015 году, примерно на два года позже запланированного срока. Но и после постройки не всё шло гладко. Например, в первые два года часто ломались и не работали должным образом насосы и трансформаторы для гелиостатов, которые были недостаточно мощными. Поэтому выходная мощность на Crescent Dunes была ниже запланированной в первые годы работы.

Была и ещё одна сложность — с птицами. Попадая под «прицел» концентрированного солнечного света, несчастная птаха превращалась в прах. По словам представителей SolarReserve, их электростанции удалось избежать регулярной и массовой «кремации» птиц. Совместно с несколькими национальными организациями был разработан специальный план, позволяющий смягчить любые потенциальные угрозы электростанции. Эта программа была утверждена в 2011 и предназначена для уменьшения потенциального риска для птиц и летучих мышей.

Но самой большой проблемой для Crescent Dunes стала утечка в резервуаре для хранения горячей соли, обнаруженная в конце 2016 года. Согласно технологии, гигантское кольцо, опирающееся на пилоны на дне резервуара, распределяет расплавленную соль по мере ее поступления из приемника. Сами пилоны должны были быть приварены к полу, а для кольца необходима возможность смещения, так как изменения температуры вызывают расширение/сжатие материалов. Вместо этого, из-за ошибки инженеров, все это хозяйство крепко-накрепко сварили вместе. Как результат, при температурных изменениях днище резервуара прогибалось и протекало.

Сама по себе утечка расплавленной соли не представляет особой опасности. При попадании на гравийный слой под резервуаром расплав сразу остыл, превратившись в соль. Тем не менее, остановка электростанции затянулась на восемь месяцев. Изучались причины утечки, виновные в инциденте, последствия ЧП и другие вопросы.

На этом неприятности SolarReserve не закончились. Производительность электростанции оказалась ниже запланированной в 2018 году, при этом средний коэффициент мощности составил 20,3% по сравнению с запланированным коэффициентом мощности 51,9%, С. В результате Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии США (NREL) начала 12-месячное исследование стоимости проекта CSP, сосредоточив внимание на проблемах производительности и непредвиденных расходах. Как итог, сначала на компанию подали в суд и заставили сменить руководство, а в 2019 году и вовсе вынудили признать своё банкротство.

Это ещё не конец


Но даже это не поставило крест на развитии технологии. Ведь есть аналогичные проекты и в других странах. Например, подобные технологии используются в солнечном парке имени Мохаммеда ибн Рашида Аль Мактума — самая крупной в мире сети солнечных электростанций, объединенных в едином пространстве в Дубаи. Или, допустим, Марокко. Там ещё больше солнечных дней, чем в США, а потому и эффективность электростанции должна быть выше. И первые результаты показывают, что этой действительно так.

Башня CSP Noor III мощностью 150 МВт в Марокко превысила плановые показатели по производительности и заполнению хранилища в первые несколько месяцев эксплуатации. А затраты на финансирование проектов по хранению энергии в башне соответствуют ожидаемым прогнозам, уверяет Ксавье Лара, старший консультант CSP Инженерная группа Empresarios Agrupados (EA).

Электростанция Noor III


Запущенная в декабре минувшего года, электростанция Noor III демонстрирует замечательную производительность. Noor III, установленный испанской SENER и китайской энергетической строительной корпорацией SEPCO, является крупнейшим в мире эксплуатационным башенным заводом и вторым по интеграции технологии хранения расплавленной соли.

Эксперты считают, что надежные ранние данные о производительности Noor III о производительности, гибкости генерации и интеграции хранилищ должны снизить проблемы с надежностью CSP-башни и хранилищ и снизить стоимость капитала для будущих проектов. Также напоминаем, что вы можете бесплатно протестировать облачные решения Cloud4Y.

Когда вы добавляете расплавленную соль в воду, происходит что-то безумное : ScienceAlert

** Обновление: Полное видео теперь готово!** Нет недостатка в странных и замечательных реакциях. Но иногда то, как взаимодействуют два, казалось бы, безобидных вещества, все еще может застать вас врасплох, например, драматический взрыв, когда The BackyardScientist выливает расплавленную соль в воду. Взгляните на его лицо после того, как он взорвал свой аквариум, и станет ясно, что это определенно 9.0007, а не того, что он ожидал.

Продолжайте смотреть, и вы увидите, что вся реакция замедлилась до славных 5000 кадров в секунду. И, если нам нужно напомнить вам, пожалуйста, не пытайтесь повторить это дома — TheBackyardScientist повезло остаться невредимым с этими босыми ногами.

Итак, с научной точки зрения, что здесь происходит, потому что соль + вода звучит как достаточно невинная комбинация, верно? Короткий ответ на этот вопрос: мы все еще не совсем уверены, но есть несколько довольно интересных возможных объяснений.

На самом деле, TheBackyardScientist выпустил этот тизер в надежде выяснить, что происходит, и отправил его на Reddit, чтобы получить ответы.

Сначала он попытался провести эксперимент, увидев нечто подобное в этом видео «Что мы сделали», где показано, как расплавленная соль вызывает небольшие взрывы в воде.

«Я должен был попробовать это сам. Мне было очень любопытно, почему он взорвался», — объясняет он на Reddit. Почему это такой сюрприз? Потому что с физической точки зрения соленая вода никогда не должна соприкасаться с водой благодаря так называемому эффекту Лейденфроста.

Этот эффект возникает, когда жидкость вступает в контакт с веществом, температура которого значительно превышает температуру ее кипения, и образует изолирующий слой пара. Это происходит с расплавленным алюминием, который TheBackyardScientist регулярно выливает в воду (и арбузы), чтобы сделать всевозможные красивые образования без взрывов.

Некоторые металлы, такие как олово, вызывают небольшие взрывы, но это потому, что их температура плавления очень низка (231,9 градуса по Цельсию). Но соль плавится при около 800 градусов Цельсия – почти на 200 градусов выше, чем алюминий, – а это значит, что она должна быть достаточно горячей, чтобы вызвать эффект Лейденфроста. Так почему же он все еще реагирует с водой?

Как обычно, сообщество Reddit выдвинуло несколько довольно обоснованных предположений с хорошим объяснением причины взрыва полуночного сыроеда:

«В замедленной съемке видно, что расплавленная соль мгновенно образует вокруг себя слой пара, когда ее выливают в воду. Это изолирует большую часть соли от охлаждения за счет эффекта Лейденфроста.

Паровой слой быстро перегревается, вызывая значительное и почти мгновенное повышение давления. На поверхности воды этот пар высокого давления может легко выйти наружу. Но по мере того, как капля расплавленной соли погружается глубже, сжатый пар удерживается водой вокруг нее. Это заставляет давление повышаться еще больше, даже быстрее, пока оно не преодолеет давление воды, сдерживающее его, и вы получите взрыв».0009

Это логично, но остается вопрос, почему этого не происходит с алюминием, который имеет более низкую температуру плавления. Жюри еще не вынесено по этому поводу, но на данный момент ведущим объяснением является то, что это как-то связано с вязкостью соли и площадью поверхности, когда она взаимодействует с паром.

Обновление:  Полное видео готово, поэтому смотрите объяснение TheBackyardScientist ниже!

** Обновление:  Похоже, TheBackyardScientist убрал видео на данный момент – надеюсь, скоро появится более длинный эпизод, который ответит на все наши вопросы. Смотрите это место, мы добавим его, как только отснятый материал будет выпущен.**

физическая химия — Почему расплавленный NaCl взрывается, когда его выливают в воду?

спросил

Изменено
5 месяцев назад

Просмотрено
12 тысяч раз

$\begingroup$

Почему расплавленный $\ce{NaCl}$ взрывается, если его вылить в воду? 9\circ C}$, разница температур $= 780\ \mathrm{K}$)

Согласно одному любительскому видео на youtube, расплавленная соль взрывается, когда ее выливают в воду (ок. 2:15)

Что такое точная причина взрыва?

Автор видео считает, что это явление чисто физическое и вызвано тем, что вода нагревается, испаряется и расширяется в виде газа внутри проблеска очень горячей соли $\ce{NaCl}$. Но действительно ли там все происходит?

Другие возможные процессы, присутствующие в таком случае (это просто список, который приходит мне на ум):

  • быстрая кристаллизация $\ce{NaCl}$
  • химическая реакция между $\ce{Na}$ и водой: $$\ce{2 Na (т) + 2 h3O (ж) -> 2 NaOH (водн.) + h3 (г)}$$ (вызывает взрыв, если $\ce{Na}$ вставляется в $\ce{h3O}$)
  • реакция между $\ce{Cl}$ и водой: $$\ce{Cl2 + h3O -> HOCl + HCl}$$
  • быстрая растворимость горячего $\ce{NaCl}$ в воде
  • термическое разложение (термолиз) $\ce{h3O}$ на одноатомный или двухатомный водород и кислород и последующие реакции.

Также автор не может объяснить, почему не происходит взрыва ни тетрабората натрия, ни карбоната натрия, когда каждый из них в расплавленном состоянии выливается в воду.

  • физико-химия
  • вода
  • ионные соединения
  • взрывчатые вещества

$\endgroup$

12

$\begingroup$

Поймите, что хлорид натрия не состоит из металлического натрия и газообразного хлора, а из ионов натрия и ионов хлорида , удерживаемых вместе ионными взаимодействиями. В этих термических условиях (ожижение) соединение не будет разлагаться на свои элементы, и поэтому все предложенные вами реакции, включающие элементарный хлор или натрий, не могут протекать.

Растворение хлорида натрия в воде не является ни сильно экзотермическим, ни сильно эндотермическим, поэтому любые эффекты, связанные с растворением, незначительны.

Также обратите внимание, что вы пренебрегли важной переменной в своих расчетах. Насколько я могу судить, вы вычисляете только то, как достичь точки плавления горячего твердого хлорида натрия. Для сжижения необходимо применить дополнительную энтальпию плавления, дополнительный резервуар энергии, из которого можно черпать. Эта энтальпия плавления, конечно, высвобождается при быстрой кристаллизации, но на самом деле вы должны полностью включить ее в разницу тепловой энергии.

Наконец, термическое разложение воды не совсем быстрый процесс, о чем свидетельствует температура (водяного) пара, которая может быть огромной. \circ C}$ и вскипятить ее.

Итак, учитывая все обстоятельства: Основной вклад во взрыв — это быстрый нагрев воды, включая кипение, приводящий к сильно сжатому газообразному $\ce{h3O}$, который расширяется со взрывом. Это согласуется с рекристаллизацией $\ce{NaCl}$, на долю которой приходится немалая часть добавленной энергии, но которая технически уже присутствует в расплавленном $\ce{NaCl}$. Все остальные процессы незначительны или невозможны.

$\endgroup$

4
9{−1}}$

Энергия, необходимая для испарения $18~\mathrm{g}$ $\ce{h3O}$ ($20\mathrm{°C} — 100\mathrm{°C}$), составляет примерно $46,7~\mathrm{kJ}$ .

Таким образом, $58~\mathrm{g}$ $\ce{NaCl}$ из $801\mathrm{°C}$ могут испарить $21,8~\mathrm{g}$ воды с $20\mathrm{°C}$, что даст примерно $27 $ литров пара. Этого достаточно, чтобы произвести какой-нибудь взрыв. Однако, действительно ли произойдет взрыв, зависит также от того, насколько быстро теплота перейдет от расплавленной соли к воде. Высокая вязкость расплавленной соли, т.е. будет препятствовать быстрой передаче тепла.

$\endgroup$

2

$\begingroup$

Посмотрев видео, становится ясно, что в последнем эксперименте небольшая область воды вокруг очень горячей расплавленной були NaCl превращается в пар, который быстро расширяется, и ударная волна вызывает взрыв аквариума. Это должно произойти, поскольку в расплавленной соли осталось достаточно энергии, чтобы полностью испарить слой воды рядом с ней, даже если тепловая диффузия (теплопроводность) в воде уносит тепло, и любые пузырьки пара будут пытаться подняться из воды. . Образовавшийся пар, вероятно, также перегрет расплавленной солью с температурой > 800°C и будет продолжать расширяться после того, как вода закипит. Причина того, что более холодная, но все же жидкая соль не испарила достаточно воды, чтобы треснуть резервуар, вероятно, заключается в том, что теплопроводность охлаждает расплав, а также отводит тепло от воды, окружающей буль, и это побеждает нагревание достаточного количества воды для испарения. любое повреждение. Между прочим, расплавленная соль, вероятно, имеет молекулярную природу; в расплаве нет воды для создания ионов. Молекулярный NaCl (как двухатомная молекула) хорошо известен в паровой фазе, и его спектроскопия хорошо изучена, так как NaI является йодным эквивалентом.

$\endgroup$

1

$\begingroup$

Я довольно сильно подозреваю, что это кулоновый взрыв .

Это явление было недавно описано для объяснения сильного взрыва щелочных металлов в воде. Взрыв щелочных металлов в воде имеет некоторые общие свойства со взрывом расплавленной соли, а именно:

  • он чрезвычайно быстрый и сильный — намного быстрее, чем ожидалось
  • аналогичный набор альтернативных объяснений (давление пара, горение водорода) был предпринят, но не было показано, что он работает

Поскольку расплавленная соль также является проводником, здесь может происходить нечто подобное.

Одно важное наблюдение, подтверждающее это, заключается в том, что взрыв расплавленной соли происходит только тогда, когда соль нагревается выше определенной температуры. Недостаточно, чтобы соль была просто расплавлена. Если соль ниже этой температуры, реакции почти нет (кроме пара). Но когда выше этой температуры, происходит совершенно другая и взрывоопасная реакция. Это легко увидеть в различных попытках на видео ОП. Третья попытка (в которой он сделал соль «действительно горячей») — единственная, которая взорвалась.

Взрыв произойдет, если сила отталкивания скопившегося заряда в соли превысит поверхностное натяжение жидкой соли. И мне кажется вероятным, что и сродство соли к электрону, и ее поверхностное натяжение зависят от температуры. Если сила ниже поверхностного натяжения, соль будет держаться вместе, в конечном итоге охлаждаясь. Если сила выше поверхностного натяжения, соль взорвется. Это согласуется с наблюдением.

Это также дает возможное объяснение того, почему такой же взрыв не происходит для тетрабората натрия или карбоната натрия.