Курс агульнай фізікі
Цеплыня і малекулярная фізіка: Вучэб. дапам.
Выдавец: Вышэйшая школа
Памер: 232с.
Мінск 1994
7.6. Ціск насычанай пары над меніскам
Ціск насычанай пары над мсніскам залсжыць ад крывізны паверхні. Разглсдзім умовы дынамічнай раўнавагі насычанай пары і вадкасці. На рыс. 7.13 паказана схсма, якая тлумачыць залежнасць ціску насычанай пары ад формы павсрхні вадкасці (літарай А пазначана малскула паблізу ад павсрхні вадкасці). На рыс. 7.13, б прывсдзсны выпадак, калі малекула А знаходзіцца бліжэй да малскул вадкасці і таму звсдвас большую сілу ў параўнанні з рыс. 7.13, a. А гэта змяншае ціск насычанай пары р над увагнутай павсрхняй, які будзс мсншы, чым ціск насычанай пары р^ над плоскай павсрхняй. На рыс. 7.13, в аналагічныя лрычыны дзсйнічаюць у супрацьлеглым напрамку. Шчыльнасць насычанай пары над увагнутай павсрхняй большая, чым над плоскай, г. зн. р > р0 .
Знойдзсм залсжнасць ціску насычанай пары ад крывізны павсрхні вадкасці. Для гэтага вадкасць і трубку змссцім у замкнёную пасудзіну з насычанай парай (рыс. 7.14). Вышыня слупка вадкасці h у капіляры
Рыс. 7.13. Рыс. 7.14.
і радыус R крывізны павсрхні залежаць ад павсрхнсвага нацяжэння сг, шчыльнасцей вадкасці рв і насычанай пары рп . Пазначым р на вышыні h над меніскам. 3 улікам гэтага можна запісаць змянсннс ціску: у пары
Ро
= Р + Рп g h ,
у вадкасці
Ро
2g ,
= Р ~ -у + Pagh ^
(7.16)
(7.17)
дзс шчыльнасць рв не залежыць ад вышыні h. Члсн (—2 г2 ), якія размсшчаны блізка адна да другой. Можна лічыць, што ля самай павсрхні кропляў пара насычаная. Ціск такой пары над павсрхняй мсншай кроплі большы, чым над павсрхняй большай кроплі. Таму пара будзс псраходзіць ад мсншай кроплі да большай. У выніку мсншая кропля будзс выпарацца, а большая павялічвасцца да таго часу, пакуль малснькая кропля цалкам нс знікнс.
7.7. Паверхнева-актыўныя рэчывы
Свабодная энсргія павсрхнсвай ллсўкі імкнсцца дасягнуць мінімальнага значэння. Гэта магчыма ў выніку памяншэння як плошчы павсрхні, так і павсрхнсвага нацяжэння <г. Таму пры прыбаўленні ў вадкасць другой вадкасці з мсншым каэфіцыснтам павсрхнсвага нацяжэння апошняя будзс адсарбіравацца ў асноўным у павсрхнсвым пласцс. Змянсннс ўласцівасцсй павсрхні вадкасці асабліва прыкмстнас ў тых выпадках, калі сілы прыцягнення паміж малскуламі адсарбіраванага рэчыва адрозніваюцца ад сіл прыцягнсння паміж малскуламі самой вадкасці. Калі гэтыя сілы больш моцныя, чым сілы прыцягнсння паміж малскуламі вадкасці, яна выштурхоўвас малскулы адсарбіраванага рэчыва ў павсрхнсвы пласт. Канцэнтрацыя пабочных рэчываў на павсрхні вадкасці будзс большая, чым у аб’ёмс вадкасці. Гэта прыводзіць да памяншэння павсрхневага нацяжэння. Такія рэчывы называюць паверхнева-актыўнымі. Іх высокая павсрхнсвая актыўнасць вызначасцца тыповай структурай малскулы, якая ўключас функцыянальныя палярныя групы (OH-, СООН-, NH^T , SO^і інш.) і доўгія вуглсвадародныя ланцугі (радыкалы RC„H2„+1 , RC6H5 і інш.). Пры малой канцэнтрацыі воднага раствору такіх рэчаваў павсрхнсвас нацяжэннс памяншасцца нскалькі разоў. Тыповым павсрхнева-актыўным рэчывам з’яўлясцца тлустас мыла. Яно ўяўляс сумссь солсй тлустых (карбонавых) кіслот з доўгімі вуглсвадароднымі ланцугамі. Таўшчыня паверхнсвай плсўкі павсрхнсва-актыўнага рэчыва роўная эфсктыўнаму дыямстру малскулы (~ 10—10 м). Павсрхнсва-актыўныя рачывы атрымалі шырокас распаўсюджваннс, напрыклад пры вытворчасці мыла і пральных парашкоў.
Існуюць рэчывы, якія павялічваюць павсрхнсвас нацяжэнне (напрыклад, растворы цукру, розных солсй і г.д. ). Такія рэчывы канцэнтруюцца па-за павсрхнсвым пластом вадкасці. Пры іх прыбаўлснні ў раствор апошнія інтэнсіўна выштурхоўваюцца. Напрыклад, соль у мыльным растворы выцясняс мыла на павсрхню.
7.8. Вадкія растворы. Законы Рауля
У вадкасцях могуць растварацца газападобныя, вадкія і цвёрдыя рэчывы. Усс вадкасці могуць з’яўляцца растворамі. Напрыклад, вадкія мсталы служаць растваральнікамі (ртуць пры ўтварэнні амальгамы і г. д.). Самым распаўсюджаным растваральнікам для большасці нсарганічных і арганічных рэчываў з’яўлясцца вада. 3 іншых нсарганічных растваральнікаў часцсй за ўсё прымяняюцца вадкі аміяк і сярністы газ. Усё шырэй выкарыстоўваюцца ў якасці растваральнікаў арганічныя вадкасці.
Пры растварэнні большасці цвёрдых цсл або вадкасцсй назірасцца ахалоджваннс раствору, паколькі на разрыў сувязсй паміж малскуламі растваральнага рэчыва затрачваецца энсргія (напрыклад, растварэннс цукру ў вадзс). Алс ёсць і выключэнні: пры растварэнні спірту або сернай кіслаты ў вадзс вылучасцца цеплыня і раствор награсцца.
3 павышэннсм тэмпсратуры растваральная здольнасць рэчыва павялічвасцца. Пры ўтварэнні раствору малскулы растваральніка раўнамсрна размяркоўваюцца паміж малскуламі раствору.
У выпадку растварэння нелятучых рэчываў ціск насычанай пары над павсрхняй раствору р аказвасцца мсншым, чым ціск пары над павсрхняй чыстага раствору р$ пры той жа тэмпсратуры. Дослсдным шляхам Ф. Рауль сфармуляваў закон: для разбаўлсных раствораў адноснас паніжэннс ціску насычанай пары растваральніка над растворам роўнас мольнай долі растваральнага рэчыва:
Р ~ Ро = _ V
Ро " v0 + v ’
(7.22)
дзс Vq — колькасць молей растваральніка; v — колькасць молсй растваральнага рэчыва.
Формула (7.22) заўсёды выконвасцца для бясконца разбаўленых раствораў (пры v -* 0):
дзс N\ — мольная частка растваральнага рэчыва ў растворы. Закон Рауля часцсй запісвасцца ў выглядзс
Р = Ро ^2 >
(7.23)
дзс N2 — мольная частка растваральніка ў растворы.
Формулы (7.22) і (7.23) сапраўдныя пры ўмове, што газавая фаза паводзіць сябс як ідэальны газ.
3 закону Рауля выводзяцца два вынікі.
1. Тэмпсратура кіпсння разбаўлснага раствору ў параўнанні з тэмпературай кіпення чыстага растваральніка павышасцца:
ДЕК = Еп , (7.24)
дзс Е — эбуліяскапічная пастаянная; Д7К — павышэннс тэмпсратуры кіпсння раствораў у параўнанні з тэмпсратурай кіпсння растваральніка. Колькасць молсй растваральнага рэчыва ў 1000 г растваральніка вызначасцца па формулс
п = (7.25)
MG
дзс g і G — адпаведна колькасць растваральнага рэчыва і растваральніка, г.
Падставім у (7.24) замсст п яго значэннс з формулы (7.25) і знойдзсм малярную масу растваральнага рэчыва:
М = -^Е. (7.26)
Л 7К G
Павышэннс тэмпературы кіпення раствораў можна праілюстраваць рыс. 7.15, на якім паказаны залсжнасці ад тэмпературы ціску насычанай пары растваральніка (суцэльная крывая) і ціску насычанай пары раствора (штрыхавая крывая*. Як вядома, кіпснне пачнсцца тады, калі ціск насычанай пары вадкасці роўны атмасфернаму ціску. Тэмпсратуру кіпсння растваральніка і раствору можна знайсці на псрасячэнні прамой, якая адпавядас атмасфернаму ціску і паралсльная восі абсцыс, з крывымі. 3 рыс. 7.15 відаць, што тэмпсратура кіпсння раствору большая, чым тэмпсратуры кіпення чыстага растваральніка.
2. Тэмпсратура зацвярдзення (крышталізацыі) разбаўлснага раствору ў параўнанні з тэмпсратурай зацвярдзсння чыстага растваральніка паніжасцца на вслічыню
ДТ3 = Кп , (7.27)
дзс К — крыяскапічная пастаянная; п — колькасць моляў растворанага рэчыва на 1000 г растваральніка.
Пасля падстаноўкі ў (7.27) замсст п значэння з (7.25) атрымасм
М = к- (7-28)
А Г3 G
Растлумачым прычыну паніжэння тэмпсратуры зацвярдзсння (крышталізацыі) раствору. На рыс. 7.16 пабудаваны крывыя залсжнасці ціску пары над растваральнікам (РА) і ціску пары над растворам (Pj А' ) ад тэмпсратуры. Раўнавага паміж вадкай і цвёрдай фазамі настане пры роўнасці ціскаў пары над цвёрдым і вадкім рэчывамі (псрасячэннс крывых PC і P] А' ). Адсюль вынікас, што дамсшкі ў нсвялікай колькасці паніжаюць тэмпсратуру крышталізацыі рэчыва.
7.9. Осмас
У вадкасцях адбывасцца працэс дыфузіі: малскулы выконваюць цсплавы рух з аднаго часовага становішча раўнавагі ў другос. Дыфузія малекул таксама магчыма скрозь порыстыя перагародкі. Асаблівую цікавасць выклікаюць такія псрагародкі, скрозь якія праходзяць малскулы растваральніка і нс могуць праходзіць малскулы растворанага рэчыва. Такія псрагародкі называюцца паўпрапушчальнымі. Яны бываюць натуральнымі (абалонкі ў раслінных клстках, жывёльны пузыр) і штучнымі.
Калі растворы рознай канцэнтрацыі падзслсны паўпрапушчальнай псрагародкай, то адбывасцца працэс выраўноўвання канцэнтрацыі. Ён здзяйсняецца толькі за кошт дыфузіі малскул растваральніка праз паўпрапушчальную псрагародку з раствору мсншай канцэнтрацыі ў раствор большай канцэнтрацыі. Такі працэс называсцца осмасам.
Возьмем пасудзіну з чыстым растваральнікам А і растворам Б, якія раздзслены паўпрапушчальнай псрагародкай П. Калі псршапачаткова 11 Зак. 5541
ўзроўні раствора і растваральніка былі на адной і той жа вышыні, то перагародка П прапускас толькі малскулы ў вобласць, у якой знаходзіцца раствор. У выніку ўзнікас дыфузійны паток растваральніка з А ў Б. У выніку канй,энтрай,ыі ў сістэме АБ выраўноўваюцца. Псрамяшчэнне растваральніка ў Б працягвасцца да таго часу, пакуль рознасць ціскаў Др у А і Б нс
Рыс. 7.18.
PaCWQpQJbH/К'
Ры
ўраўнаважыць паток, абумоўлены дыфузіяй малскул растваральніка з А у Б (рыс. 7.17). Ціск Др і ёсць асматычны ціск. Звычайна на дослсдзе ён вызначасцца як вонкавы ціск, які трэба прыкласці да раствору /), каб захаваць роўнасць узроўняў растваральніка і раствору. Асматычны ціск роўны дадатковаму ціску, які будзс аказваць раствор на паўпрапушчальную псрагародку, у параўАіанні з ціскам чыстага растваральніка пры раўнавазс.
КНІГІ ОНЛАЙН
