Курс общей физики. Механика и молекулярная физика - Ландау Л.Д.
Скачать (прямая ссылка):
Если поместить жидкий кристалл в какую-либо жидкость, с которой он не смешивается, то отдельные жидко- § 76]
ЖИДКИЕ КРИСТАЛЛЫ
219
кристаллические капли принимают иногда сферическую, иногда овальную форму, а в некоторых случаях можно наблюдать даже подобие причудливых многогранников с сильно сглаженными ребрами и углами.
Вещества, существующие в жидкокристаллическом состоянии, имеют также и обычные твердокристаллическую и изотропную жидкую фазы. При этом последовательность образования этих фаз такова: при низких температурах вещество представляет собой твёрдый кристалл, при повышении температуры оно переходит в жидкокристаллическое состояние, а при дальнейшем 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 сопровождаются выделением или поглощением тепла. Глава X
РАСТВОРЫ
§ 77. Растворимость
Под растворами 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 концентрацией, 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 молярная концентрация — соотношение между числами молекул (или, что то же самое, между их количествами, выраженными в молях). Пользуются также весовыми концентрациями, объемными (количество вещества, растворенного в определенном объеме растворителя) и т. п.
Процесс растворения сопровождается выделением или поглощением тепла. Количество этого тепла зависит не только от количества растворяемого вещества, но и от количества растворителя.
Под теплотой растворения 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 (H2SO4) в воде равна +75 ООО дж (знак плюс означает, что тепло выделяется); теплота растворения нашатыря (NH4Cl) равна —16 500дж (знак минус показывает, что тепло поглощается). § 77]
РАСТВОРИМОСТЬ
251
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 насыщенным. Если к такому раствору добавить еще некоторое количество вещества, оно 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.
Растворимость 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 насыщенный 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 нз равновесия внешнее воздействие (нагревание). 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 и растворяемого газа (так, растворение одного моля азота в большом количестве воды при комнатной температуре и атмосферном давлении приводит к увеличению объема жидкости всего на 40 см3, между тем как объем этого количества газа составляет 22 400 см3). В силу принципа Jle Шателье 252
РАСТВОРЫ
[ГЛ. X
отсюда следует, что растворимость газа в жидкости увеличивается (при заданной температуре) с давлением газа, находящегося над поверхностью жидкости.
Характер зависимости растворимости газа от его давления 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.1
