1611143556-2273da8470727e985a6fa41fb7d7276c (825019), страница 46
Текст из файла (страница 46)
Поэтому закон Генри применим, например, к плохо растворимым в воде кислороду и азоту, но неприменим к растворению углекислоты или аммиака, хорошо растворяющихся в воде, В подавляющем большинстве случаев растворение газа сопровождается выделением тепла — вполне естественный результат перехода молекул из среды (газа) со слабым взаимодействием между молекулами в среду.
где они подвержены сильному притяжению со стороны молекул растворителя. В связи с этим растворимость газов в жидкости убывает (при заданном давлении) с увеличением температуры. $ 78) снеси жидкостей 5 78. Смеси жидкостей Вещества, разреженные настолько, что взаимодействие между их молекулами играет малую роль, могут свободно смешиваться друг с другом. В этом смысле можно сказать, что все газы смешиваются в произвольных отношениях. При смешивании же жидкостей возможны различные случаи. Существуют жидкости, смешивающиеся друг с другом в любых отношениях (например, спирт и вода).
Взаимная же растворимость других жидкостей, напротив, ограничена, причем в самых различных степенях. Так, вода и керосин практически вовсе не растворяются друг в друге; в воде прн комнатной температуре можно растворить не более 8% (весовых) эфира, и т. п. Свойства взаимной растворимости жидкостей удобно изображать графически с помощью диаграммы, по оси абсцисс которой откладывается концентрация с смеси (например, в весовых процентах), а по оси ординат — температура (или давление, если мы интересуемся зависимостью растворимости от дав- к гк'с! ления прн заданной температуре). На рис. 1 изображена такая диаграмма для смеси воды и фенола (СвН,ОН).
Одна из вертикальных осей соответствует 0% воды, т. е. чистому фенолу, а другая — чистой воде. Все точки в незаштрихованных об- ЫЯ' ластях диаграммы соответствуют од- кжддм КаГв' породным смесям обеих компонент, а кривая, ограничивающая заштрн- Рнс. и хованную область, определяет предел их смешиваемостн. Так при температуре, отвечающей горизонтальной прямой ае, точка Ь дает предельную растворимость воды в феноле, а точка г( — границу растворимости фенола в воде. Если же смешать воду и фенол в количествах, отвечающих какай либо точке с внутри заштрихованной области, то произойдет расслоение жидкости на два слоя, которые располагаются один под другим — более плотный снизу, менее плотный сверху. Эти два жидких слоя, сосуществующих в равновесии друг с другом, представляют собой две различные фазы.
Одна из них есть насыщенный 254 [гл. х РАСТВОРЫ раствор воды в феноле (изображаемый точкой Ь), а другая— насыщенный раствор фенола в воде (точка о). При атом легко показать (вполне аналогично тому, как это было сделано в 2 66 для фазовой диаграммы жидкости и пара), что количества обеих фаз будут определяться тем же правилом рычага: онн обратно пропорциональны длинам отрезков сЬ и ес(.
Если взаимная растворимость двух жидкостей возрастает с повышением температуры, то может наступить момент, когда их смешнваемость станет неограниченной. Такой случай осуществляется, например, у фенола и воды— при температуре выше 70' С обе жидкости смешиваются в произвольных отношениях. Эту предельную температуру называют критической гпемперогпурой смешения, а соответствующую точку К на фазовой диаграмме (рис. 1) — критической точкой смешения; эта точка по своим свойсгвам во многом аналогична критической точке для равновесия жидкости и газа. Существуют также случаи, когда критическая точка является не верхним, а нижним пределом области ограниченной смешнваемости двух жидкостей.
Таковы, например, г ВВЕ В ГВВХ мриигаиааию Рис. 2. Тай Удф ааавваа ВВВм Рис. 3. вода и тризтилампн (Х(С,Н,)В), смешивающиеся в произвольных отношениях при температурах ниже определенной критической температуры (рис. 2). Наконец, в некоторых случаях существуют две критические температуры — верхняя и нижняя, в интервале между которымн взаимная растворимость двух жидкостей ограничена. Такой случай имеет место, например, для смеси воды и никотина (рис. 3). 255 й 79) ТВЕРДЫЕ РАСТВОРЫ й 79. Твердые растворы Некоторые вещества обладают способностью образовывать друг с другом смешанные кристаллы„т.
е. кристаллы, содержащие атомы как одного, так и другого вещества. Такие смешапцыс кристаллы называют швердыми растворами. Способность к образованию твердых растворов особенно распространена среди металлов (сплавы). Когда мы говорим о смешанных кристаллах как о твердых растворах, имеется в виду, что состав кристаллов может меняться в более или менее широких интервалах. Этим они отличаются от кристаллов, представляющих собой «химические соединения», состав которых должен быть вполне определенным.
В то время как кристаллическая структура твердого раствора непосредственно связана со структурой той или другой из его компонент, для химического соединения характерна своя, специфическая структура. Огромное большинство твердых растворов относится к так называемому шилд замещения. Такой раствор получается замещением части атомов в кристаллической решетке одного из веществ атомами другого вещества. Естественно, что для возможности такой замены атомы вводимого вещества должны обладать размерами, примерно одинаковымн с размерами атомов растворителя. К растворам типа замещения относится, в частности, большинство металлических сплавов.
Существуют даже случаи неограниченной взаимной растворимости обеих компонент сплава (например, сплавы меди с золотом)„для этого, очевидно, во всяком случае необходимо, чтобы обе компоненты сами по себе обладали однотипными кристаллическими решетками. Твердые растворы типа замещения могут быть образованы не топько элементами, но и химическими соединениями. В последнем случае это явление называют пзоморфизлоль В таких смешашгых кристаллах атомы одного из веществ заменены атомами, входящими в состав другого соединения. Лля образования твердых растворов отнюдь не обязательно химическое сходство обоих соединений. Молекулярное строение обоих веществ, однако, должно быть однотипным.
Поэтому наряду с химически сходными изоморфными веществами (такнми, как Увы и МяВО ) встречаются также (гл, х Рьстаоем пары изоморфных весьма несходных с химической тачки зрения веществ: Ва30, и КМпО,, Ро3 и г(аВг и др. Наряду с одногипностью молекулярного строения для изоморфизма необходима также однотипность кристаллических решеток и близость их размеров. Так, роль размеров видна на примере соединений КС(, КВг, К1, которые все имеют решетку одинакового типа (типа 14аС!), но с различными расстояниями менщу соседними атомами (соответственно 3,!4, 3,29 и 3,52 Л).
Сравнительно небольшая разница размеров у КС! и КВг позволяет этим соединениям образовывать твердые растворы любого состава, а большее различие между КС! н К! приводит лишь к ограниченной их взаимной растворимости. Еще ббльшая разница в размерах может вообще исключить изоморфнзм. Другой тип твердых растворов — растворы типа внедрения. В таких кристаллах атомы растворяемого вещества внедряются между атомамн растворителя, несколько раздвигая их. Другими словами, опи занимают в решетке места, которые в чистом растворителе не были заняты.
Естественно, что такие твердые растворы могут получаться в тех случаях, когда размеры атомов растворяемого вещества значительно меньше атомов растворителя. Твердые растворы типа внедрения образуют, например, водород, азот и углерод в некоторых металлах. Так, углерод может растворяться (при высоких температурах) в так называемом у-железе — модификации железа со структурой типа кубической плотной упаковки; в образующемся растворе (так называемом аустените) атомы углерода занимают места в серединах ребер кубических ячеек, между атомами железа, находящимися в вершинах и центрах граней этих ячеек; при этом может заполниться примерно до !0% таких мест.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
