Д.В. Сивухин - Общий курс физики, Т2. Термодинамика и молекулярная физика (1106322), страница 118
Текст из файла (страница 118)
при пел>змеи>лой а>елтературе риспторг масть гази пропорциопалата парциальном5! довлгпшо его пад раствором. Этот закон был установлен экспериментально в !803 г. английским химиком Уильямом !'енри (1774- ! 836). Закон Генри. прил>спим только к слабьллл растворам при отсутствии хими <еского взаимодействия молекул газа между собой и с молекулами растворителя. Он применим, напримор, к плохо растворимым в воде кнглороду н азоту, но не применим к углекислому газу и аммиаку, хорошо растворякнцимся в воде. 4.
Аналогичные соображения применимы к распределению растворенного вещества между двумя несмешивающимися растворителями, например водой и керосином. Нусть водный раствор некоторого вещества смешан с керосином. Тогда часть вещества перейдет из воды в керосин. В состоянии равновесия число молекул растворенного вещества, переходящих из воды в керосин, должно равняться числу молекул, переходящих за то же время в обратном направлении из керосина в воду. Отсюда следует, что в случае слабых растворов опь >вше~те равновесии:г, ко>сце>лгпрац5ий растворе>алого оещества в двух пегмешиваюьцихся рагтпворителях не зависит огп ко>сцен>прог!пи, а яв яегпся функцией >полька температйри и давления.
Это положение называется законом, рагх>ределения,. 5. Газы в обычных условиях способны смешиваться меж>чу собой н любых пропорциях. Иными слонами, каждый гач обпадает неограниченной растворимостью в другом газе. Не существует насьпценных растворов одного газа в другом. Только при очень высоких давлениях, когда плотности газов приближаются к плотностям соответствующих жидкостей, наблюдаются в некоторых случаях отступления от этого правила: смеси газов распределяются на две фазы разного состава.
Такая ограниченная взаимная растворил>осты азов впервые наблюдалась на смеси Мг и !Л5Нз при 140'С и давлении. равном 5 тыс, атм. 6. Растворимость твердых тел в жидкостях всегда ограничена. Что касается растворимости жидкостей в других жидкостях, то здесь возможны оба случая: встречаются жидкости, смешиваюшиеся друг с другом в любых пропорциях (наприллер. вода и спирт), а также жидкости, смешивающнеся в ограниченной степени и притом в самых разнообразных соотношениях.
Например, вода и бензол нли вода и сероуглерод практически совсем л>е растворяют друг друга. Эфир же в воде и вода в эфире растворяются заметно (при 20'С раствор эфира в воде может содержать до 6,5% эфира по весу, а раствор воды в эфире до 1,2% воды). Сопгоянне смеси двух или нескольких веществ удобно изображать па диаграммах гх>егпоянгля, откладывая по осям координат значения параметров, характеризующих состояние системы. Так как обычно давление !>атмосферное) бывает фиксировано, то в качестве таких параметров можно взять температуру и концентрации компонентов ) Гл. Х1 Рис<авары 4<СО 100% л — 0 Фенол Т 0 — < 100% Вода тт, АС Действительно, пусть <атл и <п,„ф означают относительные массы соответствующих растворов в точке С.
Тогда т4„+ тя,й = К Относительное содержание фенола в насыщенном растноре фенола в воде соответствует точке В и численно равно длине отрезка Н В. Содержание же фенола в насыщенном растворе воды в феноле представляется длиной отрезка Н Л. Таким образом, относительное количество фенола в точке С будет <пф,. НВ+ 11 — т4,„) НЛ. С другой стороны, та же величина представляется длиной отрезка Н С.
Приравнивая оба выражения, получим НА — НС АС' 4<л НА — НВ АВ' Отсюда А — АС ВС п<ф = 1 — тф„= Почленным делением получаем требуемый результат. смеси. Для бинарных смесей число независимых параметров равно двум (так как концентрации компонентов не независимы, а связаны между собой условием нормировки). Диаграмма сосгояяия получается плоской (двух<орной). На рис. 140 схематически изображена такая диаграмма, для смеси фенола с водой. Линия К(00 С) Л1Л К соответствует насыщенному раствору воды в феноле, линия <у ВК насыщенному раствору фенола н воде. Точки левее линии р - — — Н Л1ЛК изображают насыщенныи раствор воды А С В в фенола, правее линии Д<ВК фенола в воде.
Области ниже кривой М К<<< соответствует система из двух фаз -- насыщенного раствора воды в феноле и насыщенного раствора фенола и воде. Первая фаза, как более тяжелая, опускается вниз, вторая. как более легкая, подниРис. 140 мается вверх. При 66'С обе кривые ИАК и М В К смыкаются в общей точке К. Выше агой точки фенол и вода смешиваются друг с другом в неограниченных коли <ествах. Температура, с:оответствующая то <ке К. называется критической п<емпеГхмг<йро<1 смешещщ.
Соогнон<ение л<ежду л<ассами насыщенных растворов фенола в воде <п,~,„и воды в фенолс га„1, в какой-либо точке С двухфазной области (рис. 140) определяется чирк<нилом рычага<. Согласно этому правилу точка С делит горизонтальный отрезок ЛВ на части, обратно пропорциональные массал< соответствующих насыщенных растноров, т.е. э 128) Ростоори,моспль тел, 481 Существуют жидкости, для которых область, где они неограниченно смешиваются друг с другом, лежит ниже некоторой определенной температуры (низки ля критаичесхая, температура смен!ения).
Р!римером может служить 1!0«4 м — 0 триэтиламин )М(СзНл)з] и вода (рис. 14!). Наиболее общий случай взаил«ной растворимости двух жидкостей был изучен на системе никотин-вода. Здесь сущестнуюг две критические температуры сл1еп~ения: нижняя, Кз и верхльчя К5 (рнс. 142). Ниже 61'С и выше 208 'С обе жидкосги смешиваются э любых соотношениях, а при промежуточных температурах происходит расслоение смеси на дне фазы: воднунл с большим содержанием воды и ннкотнновую с большим содер>каниел«никотина. 0 100% Вода Впрочем, для большинства систем критические температуры смешения практически не Риг. 141 достигаются, и растворимость при всех возможных условиях опыта остается либо ограниченной, либо неограниченной.
Достижению нижней критической температуры смешения препятствует затвердевание одного из компонентон смеси, достижению верх- 100«У« 0 ней -- закипанне. Никотин 208'С 7. Твердые тела рагтворяютгя в других твердых толах очень редко. Нодапляющее большинство твердых тел совсем не растворимы друг в друге. Однако встречаются исключения из этого правила. Существуют твердые тела, образующие растворы в других тнер- 0 дых телах. Такие растворы Вода называются тпердыми растворами.
Чаще всего приходится встречаться ствердыми растнорами химических элементов. Некоторые хиллические элелленты растворяются друг и друге. в неограниченных количествах. Таковы, например, золото и серебро или медь и серебро. Твердые растворы бывают двух типов; «типа пиедрениял и «типа замеойеьпля», В растнорах типа внедрения атомы растворенного вещества внедряются между узлами криста.шической решетки растпорителя, несколько разднигая при этом атомы последнего.
Естественно, что это происходит в тгх случаях, когда атомы растворенного вещества 61 'С 100% Рис. 142 Ш Д.П. Опнгхпн т. Э ! Гл. Х! Расшворы значительно меньше атомов растворителя. К рассматриваемому типу относится болыпинсгво растворов углерода. Таков, например, раствор углерода в железе аугтенит. Более распространенными являются растворы типа замещения. В этих твердых растворах атомы растворенного вещества вытесняют из кристаллической решетки некоторые атомы растворителя, а сами становятся нв их место. В результате часть узлов кристаллической решетки оказывается занятой атомами растворителя, а другая часть атомами растворенного вещества.
К растворам типа замещения относится огромное болыпинство твердых сплавов металлов друг с другом, например сплав золота и серебра. !!о тину замещения всегда образуются растворы химических соединений друг в друге, так как молекулы химических соединений слишком велики и по этой причине не способны занимать места между узлами кристаллической решетки. ЗАДАЧА Локазать, что при одной и той же температуре насыщенный пар имеет один и тот же состав и одинаковыо давления над насыщенным растворогя жилкостн 1 в жидкости 2 и над насыщенном раствором жидкости 2 в жидкости 1.
Указание. Рассхютреть сообщающиеся сосуды, один из которых наполнон порвым из указанных растворов, а другой -- вторым. Пронебречь разницей давлений насыщенных паров над уровнями жидкостей в сосудах, обусловленной силой тяжести. В 124. Осмос и осмотическое давление 1. !!усть лва раствора отделены один от другого пористой перегородкой. через которую могут проходи гь как молекулы растворителя, так и молекулы растворенного вещества. Если концентрации растворенного вещества по разные стороны перегородки различны, то начнется переход молекул нз одного раствора в другой.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
