1611143556-2273da8470727e985a6fa41fb7d7276c (825019), страница 54
Текст из файла (страница 54)
Поэтому этот механизм обрыва цепи становится решающим только прн высоких давлениях, когда тройные соударения в объеме газа достаточно часты. химические РеАкции (гл. х| Другой механизм обрыва цепи состоит в гибели активных центров при их попадании на стенки реакционного сосуда. Этот фактор играет основную роль при малых давлениях газа, когда активные центры могут сравнительно легко передвигаться по объему газа. С другой стороны, существуют реакции, при которых происходит так называемое разееевление цепей. Так, реакция горения водорода в гремучей смеси водорода и кислорода происходит (при высоких температурах) в общих чертах следующим образом.
Под влиянием внешнего воздействия (например, пропускания электрической искры) происходит зарождение цепи гю схеме Н, +О, 2ОН. Образовавшиеся активные центры — радикалы ОН вЂ” реагируют с молекулами Н„ давая воду ОН+ Н вЂ” Н О+ Н. Появляющиеся при этом атомы Н реагируют дальше по схеме Н+О, ОН+О, О+Н, — ОН+ Н. В результате этих реакций наряду с образованием воды происходит увеличение числа активных центров Н, О, ОН (в противоположность реакции образования НВг, в которой не происходило увеличения числа свободных атомов Н и Вг).
Если увеличение числа активных центров в результате разветвления цепей преобладает над обрывом цепей, то происходит очень быстрое (в геометрической прогрессии) размножение активных центров и тем самым быстрое само- ускорение реакции — происходит взрыв. Этот цепной механизм взрыва характерен тем, что он может, в принципе, развиваться и при постоянной температуре. Существует и другой, тепловой механизм взрыва, связанный с сильной зависимостью скорости реакции от температуры.
При большой скорости выделения тепла в экзотермической реакции скорость отвода тепла может оказаться недостаточной, в результате чего будет происходить разогревание реагирующей смеси, а тем самым и дальнейшее прогрессирующее самоускорение реакции. Глава ХП ПОВЕРХНОСТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ 9 94. Поверхностное натяжение До сих пор мы рассматривали тепловые свойства и явления, имевшие объемный характер; в них участвовала вся масса тела.
Наличие у тел свободных поверхностей приводит к сушествованию особой категории явлений, называемых поверхностными или явлениями «апихлярности. Строго говоря, всякое тело находится не в вакууме, а в какой-либо другой среде, например в атмосфере. Поэтому следует говорить не просто о поверхяости тел, а о поверхностях раздела двух сред. В поверхностных явлениях участвуют только те молекулы, которые находятся непосредственно у самой поверхности тел. Если размеры тел не очень малы, то число таких молекул весьма мало по сравнению с числом молекул в основном объеме. Поэтому поверхностные явления обычно не играют большой роли. Они, однако, становятся существенными у тел малых размеров.
Молекулы, расположенные вблизи поверхности в некотором тонком поверхностном слое, находятся в условиях, отличных от условий внутри тела. Молекулы внутри тела окружены со всех сторон такими же молекулами, молекулы же вблизи поверхности имеют одинаковых с ними соседей лишь с одной стороны. Это приводит к тому, что энергия молекул в поверхностном слое отлична от их энергии внутри тела. Разность мсжжду энергне3 рсед молекул (обеих сред) вблизи поверхности раздела и той энергией, которую эти молекулы ймели бы если бы они находились внутри тела, называется поверхностной энеренвй. Очеевидно, что поверхностная энергия пропорциональна' плошади 3 поверхности раздела: апов азз [гл.
Еп ИОВВРхностные яВления Коэффициент а зависит от природы соприкасающихся сред и от их состояния. Он называется коэффиниентом поеерх- КОППЙОЕО НОЕПЯЖЕНИЛ. Как мы знаем из механики, силы действуют всегда так, чтобы привести тело в состояние с наименьшей энергией. В частности, и поверхностная энергия стремится принять наименьшее возможное значение. Отсюда следует, что коэффициент а всегда положителен.
В противном случае соприкасающиеся среды не могли бы существовать в раздельном виде— их поверхность раздела стремилась бы неограниченно увеличиваться, т. е. обе среды стремились бы взаимно перемешаться. Напротив, из положительности коэффи- циента поверхностного натяжения следует, рне. и что поверхность раздела двух сред всегда стре- мится уменьшиться. Именно с этим связано стремление капелек жидкости (или пузырьков газа) принять сферическую форму: при заданном объеме шар обладает наименьшей из всех фигур поверхностью. Этому стремлению противодействует влияние сил тяжести, но для маленьких капелек это влияние слабо и их форма близка к сферической.
В условиях невесомости такой же будет форма и любой свободной массы жидкости, Такие условия можно имитировать в известном опыте с шарообразной массой растительного масла, плавающей внутри смеси спирта и воды с тем же удельным весом. Поверхностное натяжение проявляет себя как сила в следующем простом примере. Представим себе пленку жидкости, натянутую на проволочную рамку, одна из сторон которой (с длиной 1) может перемещаться (рис. 1). Благодаря стремлению поверхности уменьшиться, на проволочку будет действовать сила, которую на подвижной части рамки можно непосредственно измерить. По общим правилам механики эта сила г определяется производной от энергии (в данном случае поверхностной энергии) по координате х вдоль направления действия силы: $94) ПОВБРхнОстнОе натяжение Но площадь поверхности пленки 5=1х, поэтому г" = — а1.
Это и есть сила, действующая на отрезок 1 рамки и обусловленная поверхностным натяжением на одной из сторон пленки (так как пленка имеет две стороны, то всего на отрезок 1 действует сила, вдвое большая). Знак минус показывает, что эта сила направлена внутрь поверхности пленки. Таким образом, на линию, ограничивающую поверхность тела (нли какой-либо участок этой поверхности), действуют силы, направленные перпендикулярно этой линии по касательной к поверхности, внутрь ее; сила, отнесенная к единице длины, равна коэффициенту поверхностного натяжения а.
Размерность а вытекает из его определения и может быть представлена в различных видах: энергия на единицу площади или сила на единицу длины эра дил 1а1 а Как ясно из сказанного выше, при указании значения коэффициента поверхностного натяжения надо указывать, о соприкосновении каких именно двух сред идет речь. Просто поверхностным натяжением жидкости (без указания второй среды) часто называют поверхностное натяжение на границе данной жидкости и ее пара. Эта величина всегда уменьшается с повышением температуры и обращается в нуль в критической точке, где исчезает различие между жидкостью и паром. Приведем значения коэффициента поверхностного натяжения (в единицах зрг/смт) для нескольких жидкостей на нх границе с воздухом: Вода (20' С) .........
Гь Эфир этилоиыа (20'С) .... 1Г Беиэол (20' С)........ 29 Ртуть (20' С)......... 480 Золою (1130' С) ....... 1100 Очень малб поверхностное натяжение жидкого гелия на его границе со своим паром. Оно достигает лишь 0,35 арг/смэ (вблизи абсолютного нуля). [гл. хп ПОВЕРХНОСТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ Поверхностное натяжение имеется, конечно, и на границе твердых тел, но здесь оно вообще очень мало проявляется в обычных условиях: сравнительно слабые поверхностные силы не могут изменить формы тела. В связи с этим прямое измерение коэффициента поверхностного натяжения твердых тел очень затруднительно, и достоверных данных о его величинах не имеется.
Поверхностное натяжение анизотропного тела — кристалла должно быть различным на разных его гранях, поскольку на разных гранях атомы расположены, вообще говоря, различным образом. По этой причине, еслибы кристалл мог свободно менять свою форму под влиянием поверхностных сил, то он принял бы форму отнюдь не шарообразную, как это должно быть с изотропным телом (жидкостью), имеющим одинаковое натяжение вдоль всей своей поверхности.
Можно показать, что равновесная форма кристалла в этих условиях должна иметь весьма своеобразный внд: она должна складываться из сравнительно небольшого числа плоских граней, которые, однако, не пересекаются под углами, а соединены закругленными участкамн. Это явление можно наблюдать, например, прн дчительном прогревании (прн температурах около 750' С) шариков каменной соли, выточенных из монокристалла.
Высокая температура облегчает «переползание» атомов из одних мест поверхности в другие, и в результате шарик превращается в фигуру описанного выше характера. ф 95. Аясорбция Широкий круг поверхностных явлений представляют явления адсорбции, заключающиеся в скоплении посторонних веществ на поверхности жидких и твердых тел (называемых в этой связи адсорбентами). Адсорбция может происходить из газов, жидкостей, может адсорбироваться растворенное вещество из раствора. Так, многие газы адсорбируются на поверхности угля, силнкагеля, большинства металлов; уголь адсорбирует нз раствора различные органические соединения. Степень адсорбции характеризуется поверхностной концентрацией — количеством постороннего вещества, скопившегося на 1 см' поверхности адсорбента. 30! й 951 адсогвция Явления адсорбцин широко распространены в природе и играют большую роль в технических применениях.
Для того чтобы адсорбнровать большое количество вещества, надо, очевидно, пользоваться телами, обладающими (прн заданной массе) по возможности большой поверхностью, например пористыми или мелко раздробленными. Для характеристики этого свойства адсорбентов пользуются понятием их удельной поверхности— поверхности, приходящейся на 1 г вещества. У хороших адсор- $ бентов (например, специальных пористых углей) ойа достигает сотни квадратных метров. Такие большие значения удельной по- двллвввв верхности не удивительны, если Рис. 2. заметить, как быстро возрастает площадь поверхности при пронизывании тела порами или при его дроблении.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
