Н.С. Ахметов - Общая и неорганическая химия (1109650), страница 25
Текст из файла (страница 25)
Существен- !49 ные различия, связанные с природой составляющих газ частиц, особенно сильно проявляются при больших давлениях и низких температурах, т.е, в тех условиях, в которых газы практически используются в технике. Повьппенио внешнего давления и понижение температуры сближает частицы газа, поэтому межмолекулярное взаимодействие начинает проявляться в большей степени.
1 2. ГАЗОВЪ|Е РАСТВОРЫ Как в индивидуальных веществах в газовом состоянии, так и в газовом растворе имеет место с л а б о е взаимодействие между молекулами смешиваемых веществ. В обоих случаях для систем характерно хаотическое движение молекул и отсутствие определенной структуры Поэтому газовый раствор при обычных давлениях следует рассматривать как физическую смось, в которой каждый компонент проявляет присущие ему индивидуальные физические и химические свойства. Примером газовой смеси является воздух, который состоит из растворенных друг в друге (об.
доли, %) азота (78), кислорода (21), благородных, газов (около 1), диоксида утлерода, паров воды и некоторых примесей. Общее давление, оказываемое газовой смесью, есть сумма давлений (называемых парц«альма<ли), оказываемых его составными частями Например, из общего давления воздуха 1,01325 10ь Па иа долю азота (78 об.
долей, %) приходится 101 325 78/100 = 0,79034 10< Па, на долю кислорода — 101 325 ° 21/100 = 0,21278 ° 10э Па. 1 3. ПЛАЗМА Существгнныо изменения претерпевает вещество при нагревании до температур порядка тысяч и миллионов градусов.
В этих условиях оно переходит в ионизированный газ — плазму. В общем случае плазма— это смесь беспрерывно перемещающихся атомов, электронов, положительных ионов и даже атомных ядер. Плазма с температурой порядка 10 — 100 тыс. градусов называется "холодной", с температурой порядка миллиона градусов — "горячей".
В последнем случае нейтральные атомы в плазме существовать не могут, и она состоит из смеси электронов, ионов и атомных ядер. Плазма в целом электронейтральна, но обладает электронной и ионной проводимостью. В земных условиях плазмонное состояние реализуется в молниях и северном сиянии, электрической дуге, светя<цемся веществе нооновых и аргоновых ламп, пламени горелки и др. В состоянии плазмы находится основная масса космического вещества — звоэды, туманности 150 межзвездное вещество и др.
Колоссальным сгустком плазмы является Солнце. В масп<табах Вселенной твердые холодные тела, подобные нашей Земле, — это лип<ь редкое исключение. Физика и химия плазмы — важнейшие и наиболее интенсивно развивающиеся области науки не только потому, что плазма является наиболее распространенным во Вселенной состоянием вещества, но также и благодаря многообещающим перспективам практического иснользования результатов в этой области. Бесспорно, самая заманчивая из этих перспоктив — овладение громадной энергией термоядерных реакций, а также проведение химичоских синтезов.
4 4. ДРУГИЕ СОСТОЯНИЯ ВЕ1ЦЕСТВА Существенные изменения вещество претерпевает при высоких внешних давлониях. Так, при давлениях порядка 10э — 10<а Па уменьшаются расстояния между атомами в кристаллической решетке, разрушаются химические связи. При этом создак<тся условия для возникновения новых связей, соотвотствующих более плотной кристаллической структуре вещества. Широко известными примерами подобного рода полиморфных превращений при сверхвысоком давлении является переход графита в алмаз, нитрида бора в боразон, кварца в другую модифика- цию (стишовит) с плотностью, на 60% большей, чем у природного кварца, и др. В настоящее время возможность таких полиморфных превращений начинает широко использоваться в технике д.чя получения синтетических твердых и сверхтвердых веществ.
При высоких и сверхвысоких давлениях изменяются физиче<кне свойства вещоств. Так, в ряде случаев вещества, которые при обычных давлениях являются изоляторами (напримор, сера), при сверхвысоком давлении становятся полупроводниками. Полупроводники же при ' (2 — 5)10'" Па могут пероходить в металлическое состояние. Подобные переходы изучены у теллура, иода, фосфора.
ряда соединений. Расче- ты показывают, что дальнейшее повышенно давления металлизует все ,вещества. Интересныо провращения претерпевает иттербий УЬ. При < .Давлении до 2 ° 10' Па иттербий — металл, при (2 — 4)10' Па — полупро- Водник, выше 4 10з Па — < нова металл. Исследование поведения веществ при высоких и сверхвысоких давлениях имеет и болыцое теоретическое значение для развития физики твердого тела, геофизики, космофизики и других наук. Иссл<. дование земного вещества под высоким давлением и при высокой температуре дает возможность как бы моделировать процессы, протекающие на большой глубине внутри Земли и в космосе,и исследовать состояние веществ в этих условиях.
151 Перечисленными примерами, конечно, не исчерпываются состояния, в которых может находиться вещество. Формы организации веп<ества неисчерпаемы Г Л А В А 4. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ э 1. ТЕРМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ < — чистаго вещества; а — смеси двух ве.цеста 152 Физико-химический анализ исследует зависимость физических свойств системы от ее состава или внешних условий. Это позволяет обнаружить и изучить происходящие в системе химические изменения.
Физико-химический анализ как метод исследования был предложен М.В Ломоносовым. Этот метод широко использовал Д.И. Менделеев при изучении плотности растворов. Основополагающие теоретические и экспериментальные работы в области физико-химического анализа, превратившие его в самостоятельную научную дисциплину, принадлс жат Н.С. Курнакову. О химических превращениях в системе можно судить по характеру изменения разнообразных физических свойств — температур плавления и кристаллизации, давления пара, вязкости, плотности, твердости, магнитных свойств, электрической проводимости системы в зависимо<- ти от ее состава. Результаты исследования обычно изображают в виде диаграммы состав — свойство (по оси абсцисс — состав, по оси ординат — свойство) .
Из различных видов физико-химического анализа более часто применяют термический анализ. В ходе анализа строят и изучают «на<рая.ау алаоаестп«, которая выражает зависимость температуры плавления а а системы от ее состава. ь Чтобы построить диаграмму плавког- ти, берут два чистых вещества и гото- Ь с Ь вят из них смеси различного состава У Каждую смесь расплавляют и затем ь медленно охлаждают, отмечая чероз определенные промежутки времени дреме температуру остывающего сплава.
Таким образом получают кривую охлаж- Р и с. 78. Кривые охлажде- дения, На рис. 78 приведены кривые охлаждения чистого вещества 2 и сплава й Переход чистого вещества из жидкого в твердое состояние сопро- вождается выделением теплоты кристаллизации, поэтому, пока вся жидкость не закристаллиэуется, температура остается постоянной. Далее охлаждение твердого вещества идет равномерно.
При охлаждении расплава (раствора) кривая охлаждения имеет более сложный вид (рис. 78, кривая У). В простейшем случае охлаждения расплава двух веществ вначале происходит равномерное понижение температуры, пока из раствора не начинают выделяться кристаллы одного из веществ. Так как температура кристаллизации раствора ниже, чем чистого растворителя, то кристаллизация одного из вещогтв из раствора начинается выше температуры кристаллизации раствора. При выделении кристаллов одного из веществ состав жидкого ра<плава изменяется и температура его затвердевания непрерывно понижается по мере кристаллизации.
Выделяющаяся при кристаллизации теплота несколько замедляет ход охлаждения и поэтому, начиная с точки 5, крутизна линии кривой охлаждения уменьшаотся. Наконец, когда расплав делается насыщенным относительно обоих в«ществ (точка с), начинается кристаллизация обоих вещо<та одновременно. Это отвечает появлению на кривой охлаждения горизонтсм<ьного участка с<1. Когда кристаллизация заканчивается, наблюдается дальнейшее падение температуры. На основании кривых охлаждения смесей разного состава <троят диаграмму плавкости. 5 2. ТИПЫ ДИАГРАММ ПЛАВКОСТИ Наи<юлее типичные виды диаграмм плавкости приведены на рнс.
79 — 83. Системы с эвтектической смесью. Во<паства, плохо растворимьп друг в друге в твердом состоянии, при кристаллизации их расплавов часто (при определенных соотношениях концентраций) образуют смесь . мелких кристаллов компонентов, называемую эетекии<хая.
Эвтектика (по-гречески "легкоплавкий") характеризуется температурой плавления более низкой, чем температуры плавления ег компонентов. Например, температуры плавления Вп и Хп соответственно 232 и 419'С, тогда как их сплав, содержащий 92% Вп и 8% Хп, плавится при 200' С На рис. 79 приведена диаграмма плавкости для системы Вп — Хп, т.е. для веществ, которые неограниченно растворимы друг в друге в жидком состоянии и норастворимы в твердом состоянии.
Кривая охлаждения для подобной системы представлена на рис. 78 (кривая 8). При 153 медленном охлаждении расплава цинка и олова вначале кристаллизуется либо цинк, либо олово. Например, при охлаждении расплава !раствора) состава 60% Хп и 40% Вп в твердую фазу начинает выделяться цинк.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
