Thermodynamic Properties of Seawater

suatu b c * Sifat termodinamika air laut J. Safarov a, b, * , A. Heintz c , E. Hassel suatu Fr Technische Lehrstuhl Thermodynamik, Universitt Rostock, 18059, Rostock, Jerman. Azerbaijan Technical University, H. Javid AVN. 25, AZ1073 Baku, Azerbaijan. Lehrsthl fr Physikalische Chemie, Universitt Rostock, 18051, Rostock, Jerman. Sesuai penulis: javid.safarov @ uni-rostock.de P R R E P U T I - XV ICPWS Berlin, September 8-11, 2008 (P, , T) data air laut yang diukur dan persamaan baru negara akan dikembangkan. Sebuah instalasi baru menggunakan baik dikenal getaran-tabung densimeter Metode dibangun. Kalibrasi

prosedur dilakukan keluar menggunakan suling ganda air dan didefinisikan dengan baik encer NaCl solusi. Sebuah teliti evaluasi dari yang negara-of-the-art standar persamaan untuk air laut termodinamika kesetimbangan sifat dan rekomendasi untuk perbaikan ini persamaan yang diberikan.

Pengantar

Sebagian air di bumi adalah air laut. Air laut adalah solusi garam hampir konstan komposisi, dilarutkan dalam jumlah bervariasi air. Untuk ilmiah investigasi dan Proses desain

dari banyak alami dan teknis proses, yang

telah untuk melakukan dengan air laut, itu sangat penting

untuk telah suatu baik dasar dari termodinamika Data.

Pada tahun 2006, sebagai penerus dari Panel Bersama Oseanografi Tabel dan Standar (JPOTS), yang 127 Kelompok Kerja telah ditetapkan oleh Asosiasi Internasional untuk Ilmu Pengetahuan Fisika dari Samudera (IAPSO) dan Komite Ilmiah Penelitian pada Kelautan (SCOR). Tujuan utamanya adalah evaluasi terbaru dari standar saat ini untuk termodinamika dan air laut, jika perlu, rekomendasi formulasi ditingkatkan. Antara alasan untuk ini proses revisi adalah kebutuhan untuk konsistensi antara sifat-sifat air laut dan lebih akurat standar internasional terakhir untuk suhu (ITS-90) dan untuk sifat murni air (IAPWS-95) [1]. Persamaan keseimbangan air laut Deskripsi properti, yang saat ini di gunakan sebagai

internasional standar untuk oseanografi, adalah 1980

Internasional Persamaan dari Negara Air laut (EOS80), dirilis oleh yang Bersama Panel pada Oseanografi

Tabel dan Standar (JPOTS), diterbitkan oleh

UNESCO [2]. Hal ini didasarkan pada suhu skala

IPTS-68 dan pada yang Salinitas Praktis Skala 1978,

PSS-78 [3]. Menurut yang analisis termodinamika sifat standar air laut, itu telah untuk akan

runcing keluar, bahwa, setelah yang evaluasi EOS-80,

tidak ada eksperimen baru (p, v, T) pengukuran tersedia dan tidak ada lainnya EOS memiliki telah dikembangkan untuk yang perhitungan dari yang termodinamika

sifat standar air laut. Para penulis dari

EOS-80 menunjukkan bahwa yang EOS-80 dapat dimodifikasi,

jika lebih diandalkan Data untuk murni air akan menjadi

tersedia di masa depan. Tujuan utama pekerjaan kami adalah konstruksi dari yang komprehensif dan akurat termodinamika persamaan negara selama rentang dari bunga

dari parameter di oseanografi penelitian, bawah air Teknologi dan tanah berbasis industri tanaman

berjalan pada air laut dan untuk menentukan berbagai

termodinamika sifat dari air laut dengan berbagai

salinitas. Penelitian ini diperlukan dalam rangka memberikan suara Data dasar untuk air laut penanganan di semua jenis dari teknis proses dan di perhitungan

yang mengandalkan pada yang benar air laut properti, seperti iklim model simulasi. Para dibangun persamaan

dari negara digunakan untuk perhitungan dari panas

properti.

Sastra survei

Tait [4] adalah ilmuwan pertama yang mempelajari sifat volumetrik air laut. Nya diukur kompresibilitas Hasil adalah di suhu T

= (273,15 untuk 288,15) K dan tekanan p = (0,1 sampai 50) MPa. Ekman [5], di 1908, diukur yang kompresi dari air laut di T

= (273,15-293,15) K, p = (0,1 sampai 60) MPa dan pada salinitas S = (31,13 dan 38,53). Higashi et al. [6], pada tahun 1931, mengukur gravitasi spesifik dan tekanan uap air laut terkonsentrasi pada T = (273,15-448,15) K. Newton dan Kennedy [7], pada tahun 1965, menentukan (P, v, T) sifat-sifat air laut pada T = (273,15 untuk 298,15) K, p = (0 sampai 130) MPa dan S = (0, 30,52, 34,99 dan 41,03). Ketidakpastian rata-rata yang spesifik volume pengukuran adalah 7.10 -5 cm . Wilson dan Bradley [8,9], pada tahun 1966, dan 1968 penguku- ured volume spesifik air laut pada T = (273,15 untuk 313,54) K, p = (0 sampai 100) MPa dan S = (0-40,37). Ketidakpastian pengukuran ini spesifik Volume diperkirakan sebagai 1,10 -5 cm 3 g -1 . Bradshaw dan Schleicher [10], pada tahun 1970, langkah- ured ekspansi termal air laut pada T = (271,15-303,15) K, tekanan p = (0,8-100,1) MPa dan salinitas S = (30,5, 35 dan 39,5). Suhu derivatif spesifik volume berasal; diperkirakan bahwa mereka yang akurat untuk lebih baik dari 3.10 -6 cm 3 g -1 deg -1 . Duedall dan Paulowich [11], pada tahun 1973, dilaporkan iso- 3 termal nilai kompresibilitas air laut dengan ketepatan 0,07 10 -6 bar -1 . Pengukuran dilakukan pada T = (283,15 dan 288,15) K, p = (0 untuk 90,12) MPa dan S = 35. Emmet dan Millero [12], pada tahun 1974, diukur volume spesifik dari S = 35 air laut salinitas pada T = (271,15-313,15) K, p = (0-99,533) MPa. Para volume spesifik dipasang ke persamaan memiliki standar deviasi 11,10 -6 cm 3 g -1 . Kompresibilitas air suling dan laut- air dari S (30,705, 34,891 dan 38,884) salinitas = diukur dengan Bradshaw dan Schleicher [13], di 1976, pada T = 283,15 K, p = (0,8 hingga 100) MPa menggunakan metode dikenal dilatometer. Rata-rata ketidakpastian dari data literatur telah diperkirakan sebagai v = 15.10 -6 cm 3 g -1 g . Hasil eksperimen Volume spesifik air laut Chen dan Millero [14], pada tahun 1976, yang disajikan pada T = (273,15-313,15) K, tekanan p = (0 sampai 100) MPa dan salinitas S = (5 sampai 40). Para ketidakpastian volume spesifik dievaluasi sebagai v = 4.10 -6 cm 3 g -1 . Caldwell [15], pada tahun 1978, telah diukur template yang perature-tekanan-salinitas poin pada T = (267,07 untuk 276,99) K, tekanan p = (0,1-38,09) MPa dan S = (0-29,84). Setelah analisis dari semua percobaan yang tersedia hasil (p, v, T) perilaku, kompresibilitas isotermal dan panas ekspansi, Millero dan rekan kerja

[2] telah dievaluasi yang EOS-80.

Eksperimental

(P, , T) pengukuran dilakukan kita- ing tekanan tinggi - suhu tinggi bergetar tabung densimeter DMA HPM (Anton-Paar, Austria). -1 Prinsip skematis dari tabung densimeter getaran adalah ditampilkan di Gambar. 1. Ini Metode adalah berbasis pada

yang ketergantungan antara yang periode dari osilasi dari suatu sepihak tetap Tabung U dan nya massa [16]. Ini

total massa terdiri dari yang Tabung U materi dan yang

massa dari yang cairan mengisi menjadi yang tabung, masing-masing

yang kepadatan cairan kali yang Tabung U volume. Para

materi dari getaran tabung adalah Pelindung C-276

yang terdiri dari nikel-chromiumtungsten molibdenum- campuran dengan sangat baik umum korosi

perlawanan dan baik fabricability. Para ciri periode dari osilasi dari ini model adalah dijelaskan oleh

yang berikut persamaan:

D Vm + = 0 2 , (1) di mana adalah periode osilasi dari getaran tabung, mikrodetik; m adalah massa dari tabung bergetar kosong, kg; V adalah volume tabung bergetar, m 0 3 ; adalah sampel kepadatan, kg m -3 dan D adalah konstanta pegas, N m . Periode pengukuran osilasi dan kontrol suhu diimplementasikan dalam DMA HPM sistem kontrol, yang terdiri dari mengukur sel dan kontrol mPDS2000V3 dimodifikasi unit berhubungan ke PC melalui antarmuka. Para suhu di yang ukur sel dikendalikan menggunakan

suatu termostat F32-ME (Julabo, Jerman) dengan

kesalahan dari 5 mK dan adalah diukur menggunakan yang (ITS90) Pt100 termometer dengan eksperimental kesalahan dari 3 mK .. Tekanan diciptakan oleh tekanan manometer (Jenis 37-6-30, HIP, USA) dan diukur

oleh dua yang berbeda tekanan pemancar (HP-1 dan P10, WIKA Alexander Wiegand GmbH & Co,

Jerman) dengan suatu eksperimental kesalahan dari 0.5 dan

0,1% dari suatu diukur nilai, masing-masing. Para

diamati reproduktifitas dan diperkirakan maksimum

ketidakpastian dari yang kepadatan pengukuran pada suhu T = (271.15 untuk 473.15) K dan di tekanan

up untuk p = 140 MPa berada dalam 0,01-0,03 kg m . Semua katup tekanan tinggi, tabung, fitting dll disuplai dari SETEC dan NOVA (Swiss).

Penataan persamaan dan substitusi dari konstanta mekanis menyebabkan klasik Persamaan untuk bergetar densimeters tabung: 2 -= BA , (2) dimana: adalah densitas sampel, kg m -3 dan adalah periode osilasi, mikrodetik. Parameter A dan B ditentukan dengan mengukur substansi kalibrasi yang periode dari osilasi dari setidaknya dua sampel

dengan dikenal kepadatan. Air (Dua kali-distilat) [1] dan NaCl (Aq) [17] di berbagai molalities digunakan sebagai referensi zat untuk yang kalibrasi dari yang instalasi.

-1 -3 3 2 1 16 8 4 13 10 19 12 11 20 5 6 7 18 17 14 Gambar. 1: Getaran tabung densimeter instalasi: 1 - termos untuk probe;, 2 7, 16, 17 - Valves, 3, 11 - Fitting; 4 - Tekanan manometer; 5 - Tekanan Sensor HP-1; 6 - Tekanan sensor P-10; 8 - Valve untuk penutupan sistem selama percobaan; 9 - Tampilan mPDS2000V3 untuk temperatur dan kontrol frekuensi; 10 - Vacuum indikator; 12 - jendela Visual; 13 - tabung Getaran; 14 - modus Antarmuka; 15 - PC; 18 - Thermostate f32-ME; 19 - Vacuum pompa; 20 - termos untuk pendinginan.

Sayangnya, parameter A dan B sangat suhu tergantung dan juga tekanan tergantung. Oleh karena itu, yang parameter harus akan ditentukan

untuk setiap temperatur dan tekanan secara terpisah atau

klasik persamaan harus dikembangkan dengan suhu dan tekanan-tergantung istilah. Untuk pengukuran suatu luas kalibrasi persamaan dengan 14

signifikan parameter adalah dipekerjakan [18]:

3 i i ; CTPPbTaA i i j j + + = 0 3 2 j i + + = fTPPeTdB dimana: a 0 0 , Sebuah 1 , Sebuah 2 , Sebuah 3 2 1 1 , B 1 , B 2 , C, d 0 , D 1 (3) , D 2 , D 3 , E dan f parameter dari persamaan (3). 1 , E 2 Sebelum memulai percobaan hanya katup (13) ditutup. Sampel diisi ke dalam sel (1) berada di bawah vakum, yang terhubung ke instalasi. Kekosongan adalah diterapkan selama 3-4 jam

menggunakan vakum pompa S 1,5 (Leybold, Jerman)

sampai minimal tekanan (3-5 Pa) telah telah mencapai

(Diukur dengan digital kekosongan pengukuran instalasi THERMOVAC TM 100 (Leybold, Jerman). Katup (17) ditutup dan katup (2) adalah

dibuka. Para diselidiki zat diisi menjadi yang

ukur sistem. Katup (2) dan (16) adalah

tertutup. Percobaan adalah mulai biasanya dari

yang kecil tekanan di yang diukur sel (0,8-1,0 MPa). Untuk suhu stabilisasi menunggu waktu adalah

tentang 50-60 menit. Para periode dari osilasi dari

yang getaran tabung adalah diambil dari yang tampilan (3) dari

mPDS2000V3 kontrol sistem. 15 9 Untuk memeriksa aparat dan prosedur pengukuran, dan akurasi kalibrasi sebelum melakukan pengukuran pada solusi, densitas air suling ganda dan NaCl berair dengan berbagai molalities diukur dan dibandingkan dengan yang nilai-nilai sastra hasil.

Sebuah sampel air laut IAPSO Standar (S = 34,993 dan konduktivitas listrik k = 0,99982) disuplai dari Laut Baltik Research Institute, Warnemnde, Jerman. Sebelum percobaan, sampel sangat perlahan degassed untuk menghilangkan udara menggunakan koneksi vakum. 15 Percobaan dilakukan pada T = (271,15 untuk 473,15) K. Setelah setiap seri eksperimen yang instalasi dicuci dengan air, metanol dan berkali-kali aseton dan dikeringkan dalam vakum. Dalam hal ini korosi tabung getaran bukan untuk diharapkan.

Hasil (P, , T) pengukuran standar air laut sampel (S = 34,993 dan k = 0,99982) dilakukan keluar pada T = (273,15-473,15) K dan tekanan sampai p = 140 MPa. Suhu dan tekanan interval antara dua eksperimental poin sekitar adalah T

= 20 K dan p = 10 MPa, masing-masing. Diperoleh nilai-nilai dibandingkan dengan yang

tersedia literatur Hasil dari standar air laut di T

= (273.15 untuk 313.15) K dan tekanan up untuk p = 130

MPa dan baik perjanjian adalah diterima.

Persamaan dari negara

15 Menggunakan program untuk termodinamika standar analisis untuk menggambarkan (p, , T) sifat-sifat air laut, persamaan negara (EOS) (1) dari [19]

adalah digunakan: 1282 CBAp + + = , (4) dimana A, B dan C adalah koefisien EOS (4) dan semua adalah fungsi dari suhu. p adalah tekanan (MPa) dan adalah kepadatan (G cm -3 ). Para 1845 (P, , T) nilai [7-10, 12, 14] dari sampel air laut diuji untuk memeriksa kebenaran dari EOS (4) dan deviasi rata-rata persen 0,008% = ditemukan. Setelah prosedur persamaan (4) adalah diterapkan untuk menggambarkan hasil yang diperoleh standar sampel air laut dan deviasi maksimum persen dari = 0,02% ditemukan.

Kesimpulan

(P, , T) pengukuran standar air laut sampel dilakukan pada T = (273,15-473,15) K dan tekanan sampai 140 MPa p =. Kisaran eksperimental (p, , T) hasil untuk standar air laut tertutup untuk pertama kalinya dan digambarkan oleh persamaan empiris negara. Hasil ini akan digunakan untuk pengembangan persamaan baru negara untuk air laut dengan salinitas berbagai. Diperoleh hasil dapat juga akan digunakan untuk oseanografi perhitungan dan laut penelitian.

Ucapan Terima Kasih

Dukungan keuangan dari Jerman Science Foundation (HA 2226/12-1) sangat dihargai. Dr R. Feistel terima kasih untuk teratur diskusi dari ini proyek.

Referensi

1.

W. Wagner dan A. Pruss. Para IAPWS formulasi lation 1995 untuk Properties Termodinamika Zat Air Biasa untuk Umum dan Gunakan Ilmiah, Jurnal Kimia Fisik Rujukan data, 31, 387-535 (2002). 2. N.P. Fofonoff dan R.C. Millard. Algoritma untuk perhitungan sifat dasar air laut. UNESCO teknis kertas di laut ilmu pengetahuan, 44 (1983).

3. E.L. Lewis dan R.G. Perkin. Praktis salinitas skala 1978: Konversi yang ada Data, Deep-Sea Research, 28A, 307-328 (1981). 4. P.G. Tait. Laporan pada beberapa sifat fisik air tawar dan air laut. Petualangan H.M.S. Challenger HMSO, Vol. II, Bagian 4, London, 1-76 (1888). 5. V.W. Ekman. Die des Zusammendriickbarkeit Meerwassers nebst einigen Werien bulu Wascr und Quecksilber, Pub. Circonst. Kontra. Perm. Int. Explor. MCR, 43., 1-47 (1908). 6. K. Higashi, K. Nakamura dan R. Hara. Para spesifik gravitasi dan tekanan uap terkonsentrasi air laut dari 0 0 untuk 175 0 , Kogyo Kagaku Zasshi, 34 (Suppl. mengikat), 72 (1931). 7. M.S. Newton dan G.C. Kennedy. Sebuah eksperimen Studi dari P-V-T-S hubungan dari air laut.

Jurnal Penelitian Kelautan,, 23 88103 (1965). 8. W. Wilson dan D. Bradley. Spesifik volume, termal ekspansi dan kompresibilitas isotermal dari air laut. U. S. Angkatan Laut Ord. Lab.

Doc. No AD, 635-120, 43 pp (1966).

9. W. Wilson dan D. Bradley. Spesifik volume air laut sebagai fungsi temperatur, tekanan, dan salinitas, Deep-Sea Penelitian,

15, 355-363 (1968). 10. A. Bradshaw dan K.E. Schleicher. Langsung pengukuran ekspansi termal air laut bawah tekanan, Deep-Sea Penelitian, 17,

691-706 (1970).

11. I. W. Duedall dan S. Paulowich. Sebuah bellowstype diferensial compressimeter untuk menentukan perbedaan antara yang compressibilities dari dua solusi air laut untuk 900 bar,

Ulasan dari Ilmiah Instrumen, 44, 120-127

(1973).

12. R.T. Emmet dan F. J. Millero. Tekanan tinggi pengukuran kerapatan air laut-Pendahuluan hasil, Journal of Geophysical Research, 79, 3463-3472 (1974). 13. A. Bradshaw dan K.E. Schleicher. Sifat dpt ditekan dari suling air dan air laut, DeepSea Penelitian, 23, 583-593 (1976).

14. C.-T. Chen dan F. J. Millero. Spesifik volume air laut pada tekanan tinggi, DeepSea Penelitian, 23, 595-612 (1976).

15. D.R. Caldwell. Poin kepadatan maksimum air garam, Deep-Sea Research, 25, 175181 (1978).

16. O. Kratky, H. Leopold dan H. H. Stabinger.

Dichtemessungen sebuah Flssigkeiten und Gasen auf 10 -6 g / cm 3 bei 0,6 cm 3 Prparatvolumen, Zeitschrift fr Angewandte Physik, 27, 273277 (1969).

17. D.G. Archer. Sifat termodinamika dengan NaCl + H O Sistem. II. Termodinamika Properites NaCl (aq), NaCl 2H 2 O (cr) dan Kesetimbangan fase, J. Phys. Kimia. Ref. Data, 21, 793-829 (1992). 2 18. E. C. Ihmels dan J. Gmehling. Kepadatan Toluena, Karbon Dioksida, Sulfida karbonil, dan Hidrogen Sulfida selama Suhu Luas dan Tekanan Rentang di Sub- dan Superkritis Negara, Industri & Rekayasa

Kimia Penelitian, 40, 4470-4477 (2001).

19. J.T. Safarov. Penyelidikan dari (p, , T) dan (p

s , s , T s ) Sifat {(1-x) CH OH + xLiBr} untuk aplikasi dalam pendingin penyerapan mesin dan panas pompa, Para

Jurnal dari Kimia Termodinamika, 35,

1929-1937 (2003).

3