Большая Советская Энциклопедия (ГИ)

Текст добавлен: 10 октября 2016, 00:30

Текст книги "Большая Советская Энциклопедия (ГИ)"

Автор книги: Большая Советская Энциклопедия

Жанр:

Энциклопедии

сообщить о нарушении

Текущая страница: 9 (всего у книги 45 страниц)

Назад к карточке книги

Гидратообразование

Гидратообразова'ние в природном газе. Многие компоненты природного газа (метан, этан, пропан, изобутан, углекислый газ, азот, сероводород) в соединении с водой образуют т. н. газовые гидраты – твёрдые кристаллические вещества (напоминающие по внешнему виду спрессованный снег), которые при высоких давлениях существуют при положительных температурах.

По структуре «газовые гидраты» – соединения включения (клатраты), которые образуются путём внедрения в пустоты кристаллических структур, составленных из молекул H₂O, молекул газа (М). Общая формула газовых гидратов – М·nH₂O, где значение n изменяется от 5,75 до 17 в зависимости от состава газа и условий образования гидратов.

При добыче газа гидраты могут образовываться в стволах скважин, промысловых коммуникациях и магистральных газопроводах. Отлагаясь на стенках труб, гидраты резко уменьшают их пропускную способность. Для борьбы с Г. на газовых промыслах вводят в скважины и трубопроводы различные ингибиторы (метиловый спирт, гликоли, 30%-ный раствор CaCl₂), а также поддерживают температуру потока газа выше температуры Г. с помощью подогревателей, теплоизоляцией трубопроводов и подбором режима эксплуатации, обеспечивающего максимальную температуру газового потока. Для предупреждения Г. в магистральных газопроводах наиболее эффективна газоосушка. Г. используется для опреснения морской воды (см. Опреснение воды). Запатентован также ряд способов хранения природных и инертных (Ar, Kr, Xe) газов в виде гидратов. В 1970 советскими учёными доказана принципиальная возможность существования в районах распространения многолетней мерзлоты месторождений природного газа в виде гидратов. Создание эффективных методов поисков и эксплуатации таких месторождений позволит значительно увеличить газовые ресурсы.

Лит.: Макогон Ю. Ф., Саркисьянц Г. А,, Предупреждение образования гидратов при добыче и транспорте газа, М., 1966.

Б. В. Дегтярев.

Гидратцеллюлоза

Гидратцеллюло'за, одна из структурных модификаций целлюлозы, имеет тот же химический состав, что и природная целлюлоза, но отличается от неё по свойствам. Г. получают из природной целлюлозы: осаждением из раствора; обработкой целлюлозы концентрированными (17—35%-ными) растворами щелочей и разложением образовавшейся щелочной целлюлозы; этерификацией целлюлозы и последующим омылением сложных эфиров; механическим размолом целлюлозы.

При образовании Г. происходит ослабление межмолекулярных связей, а следовательно и изменение свойств природной целлюлозы. Г., в отличие от природной целлюлозы, обладает более высокой гигроскопичностью, накрашиваемостью, растворимостью и реакционной способностью. Перевод целлюлозы в Г. – одна из стадий получения вискозных волокон и медноаммиачных волокон.

Гидратцеллюлозные волокна

Гидратцеллюло'зные воло'кна, искусственные волокна, получаемые из хлопковой или древесной целлюлозы по вискозному или медноаммиачному способу. Подробнее см. Вискозные волокна, Медноаммиачные волокна.

Гидратцеллюлозные плёнки

Гидратцеллюло'зные плёнки, плёнки, формуемые из щелочных растворов ксантогената целлюлозы (вискозы) или получаемые омылением готовой ацетилцеллюлозной плёнки. Промышленность производит в основном Г. п. из вискозы (т. н. целлофан) целлофановым, транспаритовым или сухим методами.

Наиболее распространён целлофановый метод. Он включает следующие стадии: получение вискозы, формование, отделку и сушку плёнки. Формование, а также последующие стадии проводят на одном агрегате – плёночной машине. Вискозу через тарельчатый фильтр равномерно подают в чугунную фильеру с щелевидным отверстием. Из фильеры вискоза попадает в осадительную ванну (смесь растворов сульфата натрия и серной кислоты), где и происходит формование плёнки. После этого плёнка проходит через последовательно расположенные ёмкости (барки), в которых циркулируют растворы различных реагентов, предназначенных для отделки, крашения, пластификации и промывки. Затем плёнку сушат и сматывают в рулоны.

Транспаритовый метод заключается в формовании плёнки вискозы с помощью разливочного приспособления. Вискозу наносят на поверхность вращающегося барабана диаметром около 3 м, нижняя часть которого погружена в осадительную ванну. По выходе из ванны плёнка сматывается с барабана и подвергается тем же обработкам, что и при целлофановом методе.

Транспаритовый метод позволяет получать плёнку с высокой степенью прозрачности и без «полосатости» (штрихов). К недостаткам метода относят низкую производительность и технологические затруднения при изготовлении основного технологического оборудования.

Сухой метод называют также двухванным, т.к. коагуляцию ксантогената проводят в воздушной среде, а омыление – в растворах кислот или органических растворителях. Вискозу подают тонким слоем на вращающийся барабан, где испаряется основное количество влаги и образуется плёнка, которая подсушивается на барабане различное время (в зависимости от её толщины). Затем плёнку омыляют, промывают горячей водой и сушат.

Г. п. нетоксичны, обладают низкой паро– и влагопроницаемостью, а также высокой стойкостью к действию жиров и микроорганизмов. Г. п., полученная сухим способом, обладает высокими эластичными свойствами. В мокром состоянии прочность Г. п. снижается на 65—70%. Свойства Г. п. из вискозы сильно зависят от способа получения.

Модификация проводится с целью получения Г. п., обладающих большей водостойкостью и пониженной паро– и влагопроницаемостью. Кроме того, модификация облегчает переработку Г. п. в изделия методом тепловой сварки и предотвращает слипание Г. п. при хранении в рулонах. Г. п. модифицируют методами т. н. дублирования (нанесение на Г. п. другого полимера, например полиэтилена, в расплавленном состоянии) и лакирования (нанесение другого полимера в виде лака).

Применение. Лакированную плёнку широко используют в качестве упаковочного материала для жирных мясо-молочных продуктов, очищенных фруктов, кондитерских изделий, сигар и пр. Обычная плёнка используется для упаковки непищевых товаров, а также технических продуктов.

Лит.: Козлов П. В., Брагинский Г. И., Химия и технология полимерных пленок, М., 1965; Роговин З. А., Основы химии и технологии производства химических волокон, 3 изд., т. 1, М., 1964, с. 520.

Гидраты

Гидра'ты, продукты присоединения воды к неорганическим и органическим веществам. Термин «Г.» употребляется главным образом по отношению к соединениям, содержащим кристаллизационную воду (кристаллогидратам); он сохранился также в некоторых традиционных названиях, например CC1₃CH (OH)² называется хлоральгидрат. Раньше широко применялось название «гидраты окислов металлов», например NaOH – гидрат окиси натрия, и т.д. В настоящее время для этих соединений употребительно название «гидроокиси металлов» (поскольку, в отличие от кристаллогидратов, они не содержат отдельных молекул H₂O). См. Гидроокиси.

Гидремия

Гидреми'я (от греч. hydor – вода и haima – кровь), разжижение крови, увеличение содержания воды в крови. Различают собственно Г. и гидремическое полнокровие. Собственно Г. – увеличение жидкой части крови без возрастания общей массы крови; возникает обычно при кровопотерях, когда некоторое время объём крови уменьшен, но в результате быстрого поступления в кровеносное русло воды из тканей процентное содержание её в крови увеличивается. Гидремическое полнокровие, сопровождающееся значительным увеличением массы крови, развивается вследствие чрезмерного введения жидкости в организм, при нарушении выделительной функции почек, в период рассасывания больших отёков, асцита, а также при некоторых формах анемий.

Гидриды

Гидри'ды, соединения водорода с другими элементами. В зависимости от характера связи водорода различают три типа Г.: ионные, металлические и ковалентные.

К ионным (солеобразным) Г. относятся Г. щелочных и щёлочноземельных металлов. Это белые кристаллические вещества, устойчивые в обычных условиях и лишь при нагревании разлагающиеся без плавления на металл и водород (кроме LiH, плавящегося при 680°С). Водой энергично разлагаются с выделением водорода. Получаются при взаимодействии металлов с водородом при 200—600°С. LiH и NaH применяются в органическом синтезе как восстановители и конденсирующие агенты. CaH₂– для высушивания и определения воды в органических растворителях, при получении порошков металлов из окислов, а также водорода. Раствором NaH в расплавленной щёлочи снимают окалину с металлических изделий. Ионное строение имеют и двойные Г. – борогидриды МеВН₄ и алюмогидриды MeA1H₄ (см. Алюминия гидрид), широко используемые в органическом синтезе в качестве эффективных восстановителей.

Г. переходных металлов принадлежат к типу металлических, т.к. по характеру химических связи они сходны с металлами. Эти Г. в большинстве случаев являются соединениями переменного состава, и приводимые ниже формулы дают лишь предельное содержание в них водорода. Многие металлы способны поглощать значительное количество водорода с образованием твёрдых растворов, сохраняющих кристаллическую структуру данного металла. Напротив, истинные Г. имеют структуру иную, чем исходный металл. Для металлов III группы периодической системы (подгруппа Sc и лантаноиды) характерно образование двух типов Г. – MeH₂ и MeH₃. Металлы IV группы (подгруппа Ti) образуют Г. MeH₂, а металлы V группы (подгруппа ванадия) – MeH. Г. металлов этих групп – хрупкие твёрдые вещества серого или чёрного цвета, получаются при действии водорода на мелкораздробленные металлы при повышенных температурах. Металлы VI, VII и VIII групп (кроме палладия) при поглощении водорода не дают определённых химических соединений.

Г. переходных металлов служат катализаторами различных химических реакций. Способность металлов образовывать Г. используется в высоковакуумной технике для связывания водорода. В результате образования Г., например при действии паров воды на раскалённый металл и при электролитическом выделении металлов, ухудшается качество металлов (появляется т. н. водородная хрупкость).

Г. переходных металлов I и II групп периодической системы, а также Г. III группы (подгруппа A1) не образуются при взаимодействии металла с водородом. Они получаются, например, при восстановлении соединений этих металлов алюмогидридом лития LiAlH в эфирном растворе. Все они при нагревании легко разлагаются на металл и водород.

Ковалентные Г. образуются неметаллами IV, V, VI и VII групп периодической системы, а также бором. Кроме простейших соединений этого типа (метана CH₄, силана SiH₄ и т.п.), являющихся газами, известны Г. с большим числом атомов элемента, соединённых друг с другом в виде цепей, например силаны Si_nH_2n+2. Простейший Г. бора ВН₃ не существует, бороводороды имеют сложное строение. Г. элементов первых периодов очень стабильны, Г. тяжёлых элементов крайне неустойчивы. Многие Г. (B₂H₆, SiH₄, PH₃) легко воспламеняются на воздухе. B₂H₆ и SiH₄ разлагаются водой с выделением водорода. Г. элементов V, VI и VII групп водой не разлагаются. Известны многочисленные производные ковалентных Г., в которых часть атомов водорода замещена на атомы галогена или металла, а также на алкильные и др. группы. Ковалентные Г. получают непосредственным взаимодействием элементов, разложением металлических соединений водой или кислотами, восстановлением галогенидов и др. соединений гидридами, борогидридами и алюмогидридами щелочных металлов. Термическое разложение Г. служит одним из методов получения особо чистых элементов (например, кремния, германия).

Лит.: Херд Д., Введение в химию гидридов, пер. с англ., М., 1955; Жигач А. Ф., Стасиневич Д. С., Химия гидридов, Л., 1969; Михеева В. И., Гидриды переходных металлов, М., 1960; Маккей К., Водородные соединения металлов, пер. с англ., М., 1968; Галактионова Н. А., Водород в металлах, 2 изд., М., 1967.

Д. С. Стасиневич.

Гидрия

Ги'дрия (греч. hydria, от hydor – вода), древнегреческий сосуд для воды (чаще керамический). Г. имеет две горизонтальные ручки по бокам, за которые её удобно поднимать и поддерживать при переноске на плече, и одну вертикальную, при помощи которой Г. легко наклонять. По форме Г. близка амфоре, но её яйцевидное тулово сильно расширяется кверху, а горло уже и выше. Благодаря этому силуэт Г. более динамичен и наделён более напряжённым ритмом. Г. часто украшались росписью.

Арибалл.

Гидро...

Гидро... (от греч. hydor – вода), начальная часть сложных слов, указывающая на отношение их к воде, водоёмам и т.п., например гидробиология, гидросфера.

Гидроагрегат

Гидроагрега'т (от гидро... и агрегат), агрегат, состоящий из гидротурбины и гидрогенератора. Различают горизонтальные осевые и вертикальные Г. Горизонтальные осевые Г. делятся на прямоточные агрегаты и погруженные. К последним относятся капсульные гидроагрегаты и шахтные с верховым и низовым расположением генератора.

Гидроаккумулирующая электростанция

Гидроаккумули'рующая электроста'нция (ГАЭС), насосно-аккумулирующая электростанция, гидроэлектрическая станция, принцип действия (аккумулирования) которой заключается в преобразовании электрической энергии, получаемой от др. электростанций, в потенциальную энергию воды; при обратном преобразовании накопленная энергия отдаётся в энергосистему главным образом для покрытия пиков нагрузки. Гидротехнические сооружения ГАЭС (рис.) состоят из двух бассейнов, расположенных на разных уровнях, и соединительного трубопровода. Гидроагрегаты, установленные в здании ГАЭС у нижнего конца трубопровода, могут быть трёхмашинными, состоящими из соединённых на одном валу обратимой электрической машины (двигатель-генератор), гидротурбины и насоса, или двухмашинными – обратимая электромашина и обратимая гидромашина, которая в зависимости от направления вращения может работать как насос или как турбина. В конце 60-х гг. 20 в. на вновь вводимых ГАЭС стали устанавливать более экономичные двухмашинные агрегаты.

Электроэнергия, вырабатываемая недогруженными электростанциями энергосистемы (в основном в ночные часы суток), используется ГАЭС для перекачивания насосами воды из нижнего водоёма в верхний, аккумулирующий бассейн. В периоды пиков нагрузки вода из верхнего бассейна по трубопроводу подводится к гидроагрегатам ГАЭС, включенным на работу в турбинном режиме; выработанная при этом электроэнергия отдаётся в сеть энергосистемы, а вода накапливается в нижнем водоёме. Количество аккумулированной электроэнергии определяется ёмкостью бассейнов и рабочим напором ГАЭС. Верхний бассейн ГАЭС может быть искусственным или естественным (например, озеро); нижним бассейном нередко служит водоём, образовавшийся вследствие перекрытия реки плотиной. Одно из достоинств ГАЭС состоит в том, что они не подвержены воздействию сезонных колебаний стока. Гидроагрегаты ГАЭС в зависимости от высоты напора оборудуются поворотно-лопастными, диагональными, радиально-осевыми и ковшовыми гидротурбинами. Время пуска и смены режимов работы ГАЭС измеряется несколькими минутами, что предопределяет их высокую эксплуатационную манёвренность. Регулировочный диапазон ГАЭС, из самого принципа её работы, близок двукратной установленной мощности, что является одним из основных её достоинств.

Способность ГАЭС покрывать пики нагрузки и повышать спрос на электроэнергию в ночные часы суток делает их действенным средством для выравнивания режима работы энергосистемы и, в частности, крупных паротурбинных энергоблоков. ГАЭС могут быть с суточным, недельным и сезонным полными циклами регулирования. Наиболее экономичны мощные ГАЭС с напором в несколько сотен м, сооружаемые на скальном основании. Общий кпд ГАЭС в оптимальных расчётных условиях работы приближается к 0,75; в реальных условиях среднее значение кпд с учётом потерь в электрической сети не превышает 0,66.

ГАЭС целесообразно строить вблизи центров потребления электроэнергии, т.к. сооружение протяжённых линий электропередачи для кратковременного использования экономически не выгодно. Обычный срок сооружения ГАЭС около 3 лет.

В СССР разработано несколько проектов сооружения ГАЭС на территории Европейской части страны, в том числе в районе Москвы; первая ГАЭС с обратимыми гидроагрегатами общей мощностью 200 Мвт (200 тыс. квт) сооружается (1971) в зоне верхнего бьефа Киевской ГЭС. ГАЭС сооружаются (1971) в ФРГ, США, Великобритании, Австрии, Франции, Японии, ГДР и др. Среди крупных действующих зарубежных ГАЭС: Круахан (Великобритания) – 400 Мвт, напор 440 м, введена в 1966; Том-Сок (США) – 350 Мвт, в двух агрегатах по 175 Мвт, напор 253 м (1963); Хоэнварте-11 (ГДР) – 320 Мвт, напор 305 м (1965); Вианден (Люксембург) – 900 Мвт, напор 280 м (1964). Общая мощность ГАЭС в странах мира к 1970 превысила 15 Гвт (15 млн. квт).

Лит.: Методы покрытия пиков электрической нагрузки, под ред. Н. А. Караулова, М., 1963; Саввин Ю. М., Гидроаккумулирующие электростанции, М. – Л., 1966; Доценко Т. П., Киевская ГЭС на р. Днепре, «Гидротехническое строительство», 1963, № 5.

Н. А. Караулов, В. А. Прокудин.

Гидроаккумулирующая электростанция (схема): а – вертикальный разрез; б – план: 1 – верхний аккумулирующий бассейн; 2 – водоприёмник; 3 – напорный водовод; 4 – здание электростанции; 5 – нижнее питающее водохранилище; 6 – плотина с водосбросом; 7 – нормальный подпорный уровень воды; 8 – уровень сработки.

Гидроакустика

Гидроаку'стика (от гидро... и акустика), раздел акустики, изучающий распространение звуковых волн в реальной водной среде (в океанах, морях, озёрах и т.д.) для целей подводной локации, связи и т.п. Существенная особенность подводных звуков – их малое затухание, вследствие чего под водой звуки могут распространяться на значительно большие расстояния, чем, например, в воздухе. Так, в области слышимых звуков для диапазона частот 500—2000 гц дальность распространения под водой звуков средней интенсивности достигает 15—20 км, а в области ультразвука – 3—5 км. Если исходить из величин затухания звука, наблюдаемых в лабораторных условиях в малых объёмах воды, то можно было бы ожидать значительно больших дальностей. Однако в естественных условиях, кроме затухания, обусловленного свойствами самой воды (т. н. вязкого затухания), сказываются ещё рефракция звука и его рассеяние и поглощение различными неоднородностями среды.

Рефракция звука, или искривление пути звукового луча, вызывается неоднородностью свойств воды, главным образом по вертикали, вследствие трёх основных причин: изменения гидростатического давления с глубиной, изменения солёности и изменения температуры вследствие неодинакового прогрева массы воды солнечными лучами. В результате совокупного действия этих причин скорость распространения звука, составляющая около 1450 м/сек для пресной воды и около 1500 м/сек для морской, изменяется с глубиной, причём закон изменения зависит от времени года, времени дня, глубины водоёма и ряда др. причин. Звуковые лучи, вышедшие из источника под некоторым углом к горизонту, изгибаются, причём направление изгиба зависит от распределения скоростей звука в среде (рис. 1). Летом, когда верхние слои теплее нижних, лучи изгибаются книзу и в большинстве своём отражаются от дна, теряя при этом значительную долю своей энергии. Наоборот, зимой, когда нижние слои воды сохраняют свою температуру, между тем как верхние слои охлаждаются, лучи изгибаются кверху и претерпевают многократные отражения от поверхности воды, при которых теряется значительно меньше энергии. Поэтому зимой дальность распространения звука больше, чем летом. Вследствие рефракции образуются т. н. мёртвые зоны (зоны тени – см. рис. 1, а), т. е. области, расположенные недалеко от источника, в которых слышимость отсутствует.

Наличие рефракции, однако, может приводить к увеличению дальности распространения звука – явлению сверхдальнего распространения звуков под водой. На некоторой глубине под поверхностью воды находится слой, в котором звук распространяется с наименьшей скоростью; выше этой глубины скорость звука увеличивается из-за повышения температуры, а ниже – вследствие увеличения гидростатического давления с глубиной. Этот слой представляет собой своеобразный подводный звуковой канал. Луч, отклонившийся от оси канала вверх или вниз, вследствие рефракции всегда стремится попасть в него обратно (рис. 2). Если поместить источник и приёмник звука в этом слое, то даже звуки средней интенсивности (например, взрывы небольших зарядов в 1—2 кг) могут быть зарегистрированы на расстояниях в сотни и тысячи км. Существенное увеличение дальности распространения звука при наличии подводного звукового канала может наблюдаться при расположении источника и приёмника звука не обязательно вблизи оси канала, а, например, у поверхности. В этом случае лучи, рефрагируя книзу, заходят в глубоководные слои, где они отклоняются кверху и выходят снова к поверхности на расстоянии в несколько десятков км от источника. Далее картина распространения лучей повторяется и в результате образуется последовательность т. н. вторичных освещенных зон, которые обычно прослеживаются до расстояний в несколько сотен км. Явление сверхдальнего распространения звука в море было открыто независимо американскими учёными М. Ивингом и Дж. Ворцелем (1944) и советскими учёными Л. М. Бреховских и Л. Д. Розенбергом (1946).

На распространение звуков высокой частоты, в частности ультразвуков, когда длины волн очень малы, оказывают влияние мелкие неоднородности, обычно имеющиеся в естественных водоёмах: микроорганизмы, пузырьки газов и т.д. Эти неоднородности действуют двояким образом: они поглощают и рассеивают энергию звуковых волн. В результате с повышением частоты звуковых колебаний дальность их распространения сокращается. Особенно сильно этот эффект заметен в поверхностном слое воды, где больше всего неоднородностей. Рассеяние звука неоднородностями, а также неровностями поверхности воды и дна вызывает явление подводной реверберации, сопровождающей посылку звукового импульса: звуковые волны, отражаясь от совокупности неоднородностей и сливаясь, дают затягивание звукового импульса, продолжающееся после его окончания, подобно реверберации, наблюдающейся в закрытых помещениях. Подводная реверберация – довольно значительная помеха для ряда практических применений Г., в частности для гидролокации.

Пределы дальности распространения подводных звуков лимитируются ещё и т. н. собственными шумами моря, имеющими двоякое происхождение. Часть шумов возникает от ударов волн на поверхности воды, от морского прибоя, от шума перекатываемой гальки и т.п. Другая часть связана с морской фауной; сюда относятся звуки, производимые рыбами и др. морскими животными (подробнее см. Биогидроакустика).

Г. получила широкое практическое применение, т.к. никакие виды электромагнитных волн, включая и световые, не распространяются в воде (вследствие её электропроводности) на сколько-нибудь значительном расстоянии, и звук поэтому является единственным возможным средством связи под водой. Для этих целей пользуются как звуковыми частотами от 300 до 10000 гц, так и ультразвуками от 10000 гц и выше. В качестве излучателей и приёмников в звуковой области используются электродинамические и пьезоэлектрические излучатели и гидрофоны, а в ультразвуковой – пьезоэлектрические и магнитострикционные. Из наиболее существенных применений Г. следует отметить эхолот, гидролокаторы, которыми пользуются для решения военных задач (поиски подводных лодок противника, бесперископная торпедная атака и т.д.); для мореходных целей (плавание вблизи скал, рифов и др.), рыбопромысловой разведки, поисковых работ и т.д. Пассивным средством подводного наблюдения служит шумопеленгатор, позволяющий определить направление источника шума, например корабельного винта. Подводные мины снабжаются т. н. акустическими замыкателями (взрывателями), вызывающими взрыв заряда мины в момент прохождения над ней корабля. Самодвижущиеся торпеды могут самонаправляться на корабль по его шуму и т.д.

Лит.: Физические основы подводной акустики, пер. с англ., под ред. В. И. Мясищева, М., 1955; Бреховских Л. М., Волны в слоистых средах, М., 1957; Подводная акустика, пер. с англ., под ред. Л. М. Бреховских, т. 1, М., 1965, т. 2, М., 1970: Сташкевич А. П., Акустика моря, Л., 1966: Толстой И., Клей К. С., Акустика океана, пер. с англ., М., 1969.

Л. Д. Розенберг. Р. Ф. Швачко.