Вода - химическое соединение, обладающее сложными физико­химическими свойствами. Молекулы воды представляют собой электрически нейтральное тело, состоящие из двух одновалентных положительных ионов водорода (РҐ), размещенных в основании равнобедренного треугольника и одного отрицательного двухвалентного иона кислорода (О2’), находящегося в вершине, имеющей угол 104,5°. Таким образом, заряды противоположного знака разнесены на расстояние, равное 0, 96 А, в результате чего молекула воды является диполем, то есть телом с двумя полюсами. Вследствие этого проявляется способность воды образовывать достаточно прочные связи как с другими молекулами воды, так и с положительно или отрицательно заряженными ионами других веществ.

Вода в слое мелкого материала может находится в различных состояниях. Различают воду:

- адсорбированную - прочно связанную;

- слабо ориентированную - рыхло связанную;

- свободную - капиллярную и гравитационную.

Прочно связанная вода обладает максимальной гигроскопичностью и обозначается (МГ). МГ и максимальное количество рыхло связанной воды образуют категорию максимальной молекулярной влагоемкости материала

97

(ММВ). В свою очередь ММВ и свободная капиллярная влага, а именно максимальное ее количество, удерживаемое структурой, формируют категорию - максимальной капиллярной влагоемкости (МКВ). Величины МГ и ММВ характеризуют энергию взаимодействия поверхности частиц с водой, а величина МКВ - структуру пористого материала (например структуру гранулы).

Показатели, характеризующие состояние воды в структурах мелкого материала используются для количественной оценки процесса окомкования железорудных материалов.

Водно-физические характеристики компонентов агломерационной шихты и окатышей используются для определения прочности искусственных структур:

где К - коэффициент комкуемости материала.

Ценность приведенного выражения на практике состоит в том, что эти параметры отображают свойства твердой и жидкой фаз во взаимодействии.

Современная теория химической связи строится на основании данных о свойствах отдельных атомов и молекул, которые, в свою очередь, определяются их электронным строением. Химическая связь является результатом перегруппировки электронов. Перемещение электронов определяется при­родой сил химического сродства. Вещество в твердом или жидком состоянии состоит из обособленных положительно и отрицательно заряженных частиц - ионов, контактирующих между собой. Притяжение между ионами осуществляется не за счет сил, удерживающих электроны на орбите, а за счет электростатических сил.

Мерой прочности химической связи является, как количество энергии, затрачиваемой на ее разрыв (диссоциацию), так и величина энергии, необходимая для образования молекулы из атомов.

В связи с тем, что вода является основным компонентом, обеспечивающим достаточно высокую силу сцепления между частичками железорудных материалов, представляет интерес более подробное рас­смотрение ее физико-химических свойств.

По химическому составу чистая вода состоит из 11,19% водорода и 88,81% кислорода, что соответствует формуле Н20. Однако вода не является простым химическим соединением, отвечающим приведенной формуле. По своему составу и строению она сложнее. Кроме электрически нейтральных

молекул, в объеме воды присутствуют продукты электролитической дис­социации: Н+, ОН', Н30+, а сами молекулы воды, по некоторым предположениям, соединены друг с другом в комплексы - полигидроли. В обычном состоянии все эти частицы располагаются, как правило, хаотически вследствие теплового движения, нарушающего стремление их к некоторому упорядоченному расположению.

Молекулы воды имеют нелинейную структуру - атомы водорода расположены по отношению к атому кислорода под углом 105° (рис. 2.10).

Таким образом, молекула воды несимметрична относительно расположения ионов водорода и кислорода, вследствие чего является дипольной, т. е. двухполюсной. Отдельные ее концы обладают зарядами: там, где находится ион кислорода - отрицательным, а там, где расположены ионы водорода - положительным. Благодаря этой особенности молекулы воды могут ориентироваться в электрическом поле.

Обычная вода характеризуется высоким значением диэлектрической постоянной. При повышении температуры в результате снижения вязкости облегчается переориентация молекул и электрическое сопротивление воды (величина диэлектрической постоянной) падает, что характеризуется сле­дующими данными:

Температура, °С 0 20 40 60 80 100

Диэлектрическая постоянная 88,2 80,4 73,4 65,5 60,5 55,1 Другие физические свойства воды при +20°С следующие:

Плотность, г/см3 - 0,998203

Теплоемкость, Дж/г - 4,1868

Теплопроводность, Вт/(м-К) - 0,600

Удельная электропроводность, См/м - 5 10-6

Поверхностное натяжение, мДж/м2 - 72,53

Вязкость, мН'с/м2 - 1,002

Теплота парообразования, кДж/г - 2,45

Упругость паров воды, кН/м2 - 2,34

Условный радиус молекулы воды, м - (2,8-3) Ю'10

Радиус иона ОН', м - 1,53 І О'10

Теплота образования из элементов, Дж/моль + 285