1611143556-2273da8470727e985a6fa41fb7d7276c (825019), страница 57
Текст из файла (страница 57)
Самопроизвольное возникновение таких зародышей в совершенно чистом паре происходит только за счет случайных тепловых флуктуаций — явление, вообще говоря, очень маловероятное. 312 [гл. хп повеехностных явления Оно тем менее вероятно, чем больше «критический» радиус капли, необходимый для ее устойчивости. По мере увеличения степени пересыщения величина «критического» радиуса убывает и образование зародышей облегчается. Когда эта величина достигнет значений порядка молекулярных размеров, возникновение специальных зародышей станет, по существу, излишним и дальнейшее пересьвцение пара будет вообще невозможно.
Конденсации пересыщенного пара в жидкость способствует наличие соприкасающейся с ним твердой поверхности, смачиваемой данной жидкостью. Оседающие на такой поверхности маленькие капельки несколько расплываются на ней, при этом их поверхность становится менее искривленной. В результате такие капли легко делаются центрами дальнейшей конденсации.
Особенно легко происходит конденсация на поверхности, вполне смачиваемой данной жидкостью; на такой поверхности капли растекаются полносгью. В обычных условиях пар не бывает совершенно чистым и роль центров конденсапии играют находящиеся в нем всевозможные мелкие пылинки. Их роль состоит при этом в предоставлении смачиваемых твердых поверхностей. Поэтому для достижения значительного пересыщения необходима тщательная очистка пара от всяких загрязнений.
В особенности сильно способствуют конденсации пара заряженные частицы — ионы, сильно притягивающие к себе молекулы пара, в силу чего вокруг них сразу образуются мельчайшие капельки, которые и делаются центрами дальнейшей конденсации. На этом явлении основано, в частности, устройство так называемой камеры Вильсона, служащей для наблюдения путей быстрых ионизующих атомных или ядерных частиц.
Мы рассмотрели подробно причины возникновения метастабильного состояния пересыщенного (переохлажденного) пара. Зги причины имеют в действительности общий характер и с ними связана «задержка» и других фазовых переходов. Возникновение новой фазы в толще старой должно начинаться с образования мельчайших ее вкраплений— зародышей.
Так, превращение жидкости в пар должно начинаться с появления в ней мельчайших пузырьков пара, затвердевание жидкости — с появления в ней кристаллических зародышей и т. п. З1З % 1001 коллоидныв влствогы Но наличие дополнительной поверхностной энергии на границе такого вкрапления делает его возникновение энергетически невыгодным, если только его размеры недостаточно велики. Мы имеем здесь дело как бы с конкуренцией двух противоположных факторов. Образование новой границы раздела двух фаз связано с проигрышем в поверхностной энергии, но переход вещества в новую фазу приводит к выигрышу в его объемной энергии.
Второй фактор возрастает при увеличении размеров вкрапления быстрее, чем первый, и, в конце концов, становится преобладающим. Можно сказать, что образование зародыша новой фазы требует перехода через связанный с поверхностной энергией «потенциальный барьер», что возможно лишь для достаточно большого зародыша. Существует один фазовый переход, который с этой точки зрения кажется исключением из общего правила,— это плавление кристаллов. При обычном нагревании кристаллов никогда не наблюдается их перегрева. Происходит это, однако, лишь по той причине, что поверхность всех кристаллов полностью смачивается образующейся при их плавлении жидкостью. Поэтому возникающие на поверхности кристалла капельки жидкости растекаются, так что поверхностное натяжение не играет препятствующей плавлению роли.
Перегрев кристаллов можно получить, если искусственно нагревать кристалл не снаружи, а изнутри. Так, при пропускании тока через монокристаллический оловянный стержень, интенсивно обдуваемый снаружи, температура внутри стержня оказывается более высокой, чем на его поверхности. В результате можно перегреть внутренность кристалла на 1 — 2, прежде чем начнется обычное плавление с его поверхности. й 100. Коллоидные растворы В некоторых случаях вещество, не растворяющееся в данной жидкости, может быть распределено в ней в виде мельчайших частиц, состоящих, однако, еще из очень многих молекул.
Измельченное (или, как говорят, дислергированное) вещество называют при этом дисперсной фазой, а среду, в которой оно распределено, — дисперсной средой. Если порядок величины размера частиц составляет 10 '— 314 (гл. Еп ИОВегхиостине яВления 10 ' см„то такую смесь называют суспензией или эмульсией„ смотря по тому, имеем мы дело с частицами твердого или жидкого вещества (так, молоко есть эмульсия жира в воде). При еще меньшем размере частиц, составляющих !О '— 10 ' см (1Π— 1Ое А), смесь называют коллоидним раппвором или золем. Характерным для этих растворов является не столько число молекул, составляющих частицы днсперсной фазы, сколько именно размер этих частиц.
Так, в коллоидном растворе золота в воде каждая частица, обладая размерами ! 00 — 500 Л, содержит миллионы атомов золота. В растворах же таких сложнейших веществ, как белки, каждая частица коллоида может содержать всего по одной молекуле. Дисперсная среда может быть как жидкой, так и газообразной. Так, коллоидными растворами в воздухе (аэрозолями) могут являться дымы, туманы. Наиболее важнымн являются, однако, коллоидные растворы в жидкостях, в особенности в воде (гидрозоли).
Так, ббльшая часть веществ, участвующих в построении растительных и животных организмов, находится в них в виде жидких коллоидных растворов. Образовывать золи могут самые разнообразные вещества: многие высокомолекулярные органические соединения [белки, крахмал, желатин и др.), кремневые кислоты, гидро- окись алюминия и др. Можно получить также воли некоторых металлов, например золота в воде. Из-за большой степени раздробленности дисперсной фазы общая поверхность ее частиц чрезвычайно велика. Поэтому поверхностные явления играют определяющую роль для свойств коллоидных растворов.
В силу стремления поверхностного натяжении уменьшить поверхность раздела, частицы дисперсной фазы обладают тенденцией к соединению друг с другом и выпадению нз раствора в виде плотной массы. Этой тенденции противодействуют силы электрического отталкивания: частицы дисперсной фазы в коллоидном растворе всегда электрически заряжены, причем все частицы — зарядами одного знака (который может быть как положительным, так и отрицательным). Только это обстоятельство и препятствует слипанию и осаждению частиц. Возникновение заряда у коллондных частиц происходит либо за счет электролитической диссоциации их молекул, % 1ОО) коллоидные гьствогы 3ГВ либо путем адсорбции ионов из окружающей жидкости. При прибавлении к коллоидному раствору какого-либо электролита ионы этого электролита могут скомпенсировать заряд коллоидных частиц и сделать их электрически нейтральными.
Это приводит к осаждению или, как говорят, к коагуляции коллоидного раствора. Коагуляция коллоидов может произойти также и от других причин, например в результате нагревания. По свойствам своей устойчивости коллондные растворы делятся на две группы. В одних случаях коллоидный раствор является устойчивым состоянием вещества и лишь с трудом поддается осаждению. К этой группе коллоидов (называемых лиофильними) относятся гидрозоли белков, желатина, кремневых кислот и др. При коагуляции лиофильного коллоидного раствора он часто переходит в студнеобразную массу, называемую гелем. Наряду с веществом дисперсной фазы в геле содержится также и значительное количество растворителя — воды.
Гель представляет собой как бы неправильну|о сетку из частиц растворенного вещества, в которой находятся молекулы растворителя. Характерной особенностью перехода лиофильного золя в гель является его обратимость: в соответствующих условиях гель может, вобрав в себя достаточное количество растворителя, снова превратиться в воль.
Коллоидные растворы другой группы, напротив, представляют собой метастабильное состояние вещества и очень легко подвергаются осаждению. К этой группе так называемых лиофобных коллоидов относятся, например, коллоидные растворы металлов в воде. Коагуляция лиофобных коллоидов сопровождается выпадением плотного осадка и является процессом необратимым; выпавший осадок в состояния раствора так просто снова не возвращается. Глава Х!!! ТВЕРДЫЕ ТЕЛА й 101. Простое растяжение Работа, производимая над жидкостью (или газом), зависит только от изменения ее объема, но не зависит от изменения формы сосуда, в котором она находится. жидкости сопротивляются изменению их объема, но не сопротивляются изменению формы.
С этим свойством. тесно связан и характерный для жидкостей известный закон Паскаля, согласно которому передаваемое жидкостью во все стороны давление одинаково: если, скажем, сжимать жидкость поршнем, то такое же давление будет действовать со стороны жидкости на все стенки сосуда. При этом всякая сила давления, оказываемого на жидкость и передаваемого ею, всегда перпендикулярна поверхности стенки: касательная к поверхности сила, не уравновешиваемая отсутствующим у жидкости сопротивлением изменению ее формы, не может существовать в условиях равновесия. Твердые же тела, напротив, сопротивляются как изменению объема, так н изменению формы; они сопротивляются, как говорят, любому деформироволию.
Работа должна совершаться и в том случае, когда мы хотим изменить лишь форму твердого тела, без изменения его объема. Можно сказать, что внутренняя энергия твердого тела зависит не только от его объема, но н от формы. С этим связано то обстоятельство, что для твердых тел не справедлив закон Паскаля. Передаваемое твердым телом давление различно в разных направлениях.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
