1611143556-2273da8470727e985a6fa41fb7d7276c (825019), страница 45
Текст из файла (страница 45)
Такая структура соответствует вполне упорядоченному кристаллу. Однако атомы Сн и Хп могут меняться местами; в этом смысле можно сказать, что и в этом крис- 247 $ 76) ЖИДКИЕ КРИСТАЛЛЫ талле число мест, допустимых для каждого рода атомов, превышает число этих атомов. По мере повышения температуры число «неправильно» расположенных атомов возрастает, и при 450 С наступает полный беспорядок — в каждом узле решетки можно с равной вероятностью найти атом Сц или атом Хп, так что все узлы становятся эквивалентными (рис. 16, б). В этот момен~, очевидно, симметрия кристалла меняется: его решетка Бране из простой кубической становится объемноцентрнрованной. В обоих описанных примерах переход в неупорядоченное состояние происходит путем фазового перехода второго рода.
Степень упорядоченности убывает непрерывно, пока при определенной температуре не исчезает вовсе, — это и есть точка перехода. Такой способ перехода в неупорядоченное состояние, однако, не является общим правилом; он может осуществляться и как обычный, скачкообразный, фазовый переход. В таких случаях упорядоченное расположение атомов в кристалле при повышении температуры нарушается сначала лишь в сравнительно небольшой степени, а при определенной температуре кристалл скачком переходит в неупорядоченное состояние, с полностью перемешанными атомами. Таков, например, переход при 390' С в сплаве СИ,АИ.
В его неупорядоченной фазе атомы Сп и Ац перемешаны по всем узлам гранецентрированной кубической решетки; в упорядоченном же кристалле атомы Ац занимают положения в вершинах, а атомы Сп — в центрах граней кубических ячеек. й 76. Жидкие кристаллы Кроме анизотропного кристаллического и изотропного жидкого состояний, вещество может находиться еще в одном своеобразном состоянии, которое называют экидкокрисгиаллическим.
По своим механическим свойствам вещества в этом состоянии похожи на обычную жидкость: они текучи, причем среди жидких кристаллов встречаются как вещества легко подвижные (маловязкие), так и менее подвижные (с большой вязкостью). В то же время эти жидкости отличаются от обычных своей анизотропией, которая наиболее заметным образом проявляется в оптических свойствах. ФЛЗОВЫЕ ПЕРЕХОДЫ ~гл. ~х жидкокристаллическое состояние пио.подастся у многих сложных органических веществ с большими молекулами, обычно имеющими удлиненную форму. Оно встречается не так уж редко; грубо говоря, каждое двухсотое сложное органическое вещество образует жидкие кристаллы. Физическая природа жидкокристаллического состояния заключается, по-видимому, в следующем.
В обычной жидкости взаимное расположение и взаимная ориентация молекул совершенно хаотичны; другими словами, в своем тепловом движении молекулы жидкости совершают как хаотические поступательные перемещения, так и хаотическое вращение. В жидком же кристалле молекулы хотя и расположены как целое в пространстве беспорядочным образом, но их взаимная ориентация упорядочена.
Другими словами, хаотично лишь тепловое поступательное перемещение молекул, но не их вращение. Наиболее простой пример такой структуры можно представить себе как жидкость из молекул падочкообразной формы, которые могут произвольным образом перемещаться друг относительно друга, оставаясь, однако, параллельными друг другу. Возможность незатруднепного поступательного смещения молекул обусловливает жидкостные свойства вещества — его текучесть. Упорядоченная жс ориентация молекул приводит к анизотропии вещества. Так, например, ясно, что свойства вещества в направлении ориентации палочкообразных молекул будут совершенно отличны от его свойств в других направлениях.
Обычно вещество в жидкокристаллическом состоянии не является <монокристаллом», а представляет собой «поликристаллический» агрегат, состоящий из большого числа капелькообразных жидких кристалликов, различным образом ориентированных друг относительно друга. По этой причине жидкокристаллическое вещество выглядит обычно как мутная жидкость: это происходит от беспорядочного рассеяния света на границах между различными капельками. С помощью сильного электрического или магнитного поля в некоторых случаях можно добиться того, что все капельки приобретут одинаковую ориентацию.
При этом получается почти прозрачный жидкий «монокристалл». Если поместить жидкий кристалл в какую-либо жидкость, с которой он не смешивается, то отдельные жидко- жидкие кгистхллм 219 кристаллические капли принимают иногда сферическую, иногда овальну1о форму, а в некоторых случаях можно наблюдать даже подобие причудливых многогранников с сильно сглаженными ребрами и углами. Вещества, сущсствуюп1ис в жидкокристаллическом состоянии, имеют также н обычные твердокристаллическую и изотроппую жидкую фазы. При этом последовательность образовашгя этих фаз такова: при низких температурах вещество представляет собой твердый кристалл, при повышении температуры оно переходит в жидкокристаллическое состо.
янис, а при далы|ейшем повышении температуры — в обычную жидкость. Многие вещества образуют даже не одну, а две или более различных жидкокристаллических модификаций. Как и все фазовые переходы, превращения жидкокристаллических фаз друг в друга или в другие фазы происходят при вполне определенных температурах и сопровож. даются выделением или поглоп1енисм тепла. Глава Х РАСТВОРЫ ф 77. Растворимость Под раелиорами подразумевают смеси двух или нескольких веществ, в которых эти вещества перемешаны молекулярно. При этом относительные количества различных веществ в смеси могут меняться в более или менее широких пределах. Если одно из веществ в смеси преобладает по количеству над другими, то его называют растворителем, а остальные — растворенными веществами.
Состав раствора характеризуется его канцентраиией, которая дает соотношение между количествами находящихся в смеси веществ (или, как говорят, компонент смеси). Концентрация может быть определена различными способами. С физической точки зрения наиболее показательна малярная концентрация †соотношен между числами молекул (или, чтото же самое, между их количествами, выраженными в молях). Пользуются также весовыми концентрациями, объемиымн (количество вещества, растворенного в определенном объеме растворителя) и т. п.
Процесс растворения сопровождается выделением нли поглощением тепла. Количество этого тепла зависит не только ог количества растворяемого вещества, ио и от количества растворителя. Под теплотой раапворения обычно понимают то количество тепла, которое выделяется или поглощается при растворении одной грамм-молекулы вещества в настолько большом количестве растворителя, что дальнейшее разбавление раствора уже не повлекло бы за собой теплового эффекта. Так, теплота растворения серной кислоты (Н,ЬО ) в воде равна +75 000 дле (знак плюс означает, что тепло выделяется); теплота растворения нашатыря (МНеС1) равна — 16 500 дле (знак минус показывает, что тепло поглощается). $77) Рлствогимость Взаимная растворимость двух веществ имеет обычно определенные пределы: в данном количестве растворителя можно растворить не более определенного количества другого вещества.
Раствор, содержащий наибольшее количество вещества, которое можно в нем растворить, называют касым(енным. Если к такому раствору добавить еще некоторое количество вещества, опо уже не будет растворяться; можно сказать поэтому„что насыщенный раствор — это раствор, находящийся в тепловом равновесии с чистым растворяемым веществом. Концентрация насыщенного раствора характеризует способность данного вещества растворяться в данном растворителе; ее называют также просто растворимостью данного вещества. Растворимое ь зависит, вообще говоря, от температуры. Принцип Ле Шателье дает возможность связать направление этой зависимости со знаком теплоты растворения. Пусть растворение сопровождается поглощением тепла (например, растворение нашатыря в воде). Предположим, что мы имеем насьпценный раствор, находящийся в равновесии с нерастворенным нашатырем.
Если эту систему нагреть, она выйдет из состояния равновесия, и тогда в ней должны начаться процессы, стремящиеся ослабить выведшее систему пз равновесия внешнее воздействие (нагревапие). В данном случае это значит, что растворимость нашатыря в воде повысится так, чтобы произошло дополнительное его растворение, сопровождающееся поглощением тепла. Таким образом, если растворение сопровождается поглощением тепла, то растворимость увеличивается при повышении температуры.
Наоборот, если при растворении тепло выделяется, то повышение температуры вызывает уменьшение растворимости. Растворение газа в жидкости сопровождается обычно большим уменьшением объема: объем раствора значительно меньше суммы первоначальных объемов растворителя н растворяемого газа (так, растворение одного моля азота в болыпом количестве воды при комнатной температуре и атмосферном давлении приводит к увеличению объема жидкости всего на 40 си', между тем как объем этого количества газа составляет 22 400 см'). В силу принципа Ле Шателье Рлствогы (гл. х отсюда следует, что растворимость газа в жидкости увеличивается (при заданной температуре) с давлением газа, находящегося над поверхностью жидкости.
Характер зависимости растворилюсти газа от его давле* ния легко установить для слабых растворов газа. (Слабыми (или разбавленными) растворами называются вообще растворы, в которых количество молекул растворенного вещества мало по сравнению с числом молекул растворителя.! Воспользуемся для этого тем, что тепловое равновесие— в данном случае равновесие между газом и его насыщенным раствором — по своей молекулярной природе имеет подаилсимй характер. Это значит, что и после достижения равновесия молекулы газа будут переходить из газа в раствор и обратно, но количество молекул, попадающих (в ! сек) из газа в раствор, при равновесии равно числу газовых молекул, покидающих за это же время раствор. Число молекул газа, попадающих в жидкость, пропорционально числу ударов (в ! гек) молекул газа о поверхность жидкости. Это число в свою очередь пропорционально (при заданной температуре) плотности газа, а тем самым и его давлению.
Аналогичным образом число газовых молекул, покидающих раствор, пропорционально его концентрации. Поэтому из равенства обоих чисел следует, что концентрация насыщенного раствора, т. е. растворимость газа, пропорциональна давлению газа над раствором (закон Генри). Следует помнить, что этот закон справедлив лишь для слабого раствора (в противном случае изложенные рассуждения непригодны: в силу взаимодействия газовых молекул в растворе друг с другом число этих молекул. покидающих раствор, уже нельзя считать просто пропорциональным концентрации).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
