Общий курс физики термодинамика и молекулярная физика - Сивухин Д.В.
Скачать (прямая ссылка):
тфв • НВ + (1 — тфв) • НА.
Фенол 100% -*-------- О
Вода Рис. 140.
490
РАСТВОРЫ
[ГЛ. XI
С другой стороны, та же величина представляется длиной отрезка НС. Приравнивая оба выражения, получим
Отсюда
__НА —НС
тфв — ял-яв
АС
АВ'
твф=1 —тфв =
АВ — АС
АВ
ВС
АВ'
Почленным делением получаем требуемый результат.
Существуют жидкости, для которых область, где они неограниченно смешиваются друг с другом, лежит ниже некоторой определенной температуры (нижняя критическая температура смешения). Примером может служить триэтиламин [N(C2H5)3] и вода (рис. 141).
Никотин
100% --------- о
Триэтиламин
100 % -------- 0
Т
100%
Вода Рис. 142.
Наиболее общий случай взаимной растворимости двух жидкостей был изучен на системе никотин — вода. Здесь существуют две критические температуры смешения: нижняя К2 и верхняя Kt (рис. 142). Ниже 61 °С и выше 208 °С обе жидкости смешиваются в любых соотношениях, а при промежуточных температурах происходит расслоение смеси на две фазы: водную с большим содержанием воды и никотиновую с большим содержанием никотина.
Впрочем, для большинства систем критические температуры смешения практически не достигаются, и растворимость при всех возможных условиях опыта остается либо ограниченной, либо неограниченной. Достижению нижней критической температуры смешения препятствует затвердевание одного из компонентов смеси, достижению верхней — закипание.
§ 124]
ОСМОС И ОСМОТИЧЕСКОЕ ДАВЛЕНИЕ
491
7. Твердые тела растворяются в других твердых телах очень редко. Подавляющее большинство твердых тел совсем не растворимы друг в друге. Однако встречаются исключения из этого правила. Существуют твердые тела, образующие растворы в других твердых телах. Такие растворы называются твердыми растворами. Чаще всего приходится встречаться с твердыми растворами химических элементов. Некоторые химические элементы растворяются друг в друге в неограниченных количествах. Таковы, например, золото и серебро или медь и серебро. Твердые растворы бывают двух типов: «типа внедрения» и «типа замещения».
В растворах типа внедрения атомы растворенного вещества внедряются между узлами кристаллической решетки растворителя, несколько раздвигая при этом атомы последнего. Естественно, что это происходит в тех случаях, когда атомы растворенного вещества значительно меньше атомов растворителя. К рассматриваемому типу относится большинство растворов углерода. Таков, например, раствор углерода в железе — аустенит.
Более распространенными являются растворы типа замещения. В этих твердых растворах атомы растворенного вещества вытесняют из кристаллической решетки некоторые атомы растворителя, а сами становятся на их место. В результате часть узлов кристаллической решетки оказывается занятой атомами растворителя, а другая часть — атомами растворенного вещества. К растворам типа замещения относится огромное большинство твердых сплавов металлов друг с другом, например сплав золота и серебра. По типу замещения всегда образуются растворы химических соединений друг в друге, так как молекулы химических соединений слишком велики и по этой причине не способны занимать места между узлами кристаллической решетки.
ЗАДАЧА
Показать, что при одной и той же температуре насыщенный пар имеет один и тот же состав и одинаковые давления над насыщенным раствором жидкости 1 в жидкости 2 и над насыщенным раствором жидкости 2 в жидкости 1.
Указание. Рассмотреть сообщающиеся сосуды, один из которых наполнен первым из указанных растворов, а другой — вторым. Пренебречь разницей давлений насыщенных паров над уровнями жидкостей в сосудах, обусловленной силой тяжести.
§ 124. Осмос и осмотическое давление
1. Пусть два раствора отделены один от другого пористой перегородкой, через которую могут проходить как молекулы растворителя, так и молекулы растворенного вещества. Если концентрации растворенного вещества по разные стороны перегородки различны, то начнется переход молекул из одного раствора в дру-
492
РАСТВОРЫ
[ГЛ. XI
гой. Макроскопически он будет продолжаться до тех пор, пока концентрации обоих растворов не выравняются.
Существуют перегородки, проницаемые для молекул растворителя, но непроницаемые для молекул растворенного вещества. Они называются полупроницаемыми. К ним относятся различные оболочки и ткани растительного и животного происхождения. Для физических опытов более удобны искусственные полупроницаемые перегородки. Таковы, например, пленки из железистосинеродистой меди [Cu2Fe(CN)6], получаемые при взаимодействии растворов сернокислой меди и железистосинеродистого калия:
2CuS04 + K4Fe (CN)6 = Cu2Fe (CN)6 + 2K2S04.
Они проницаемы для воды, но непроницаемы для многих растворенных веществ, например сахара. Однако эти пленки непрочны. Поэтому железистосинеродистую медь обычно осаждают в стенках мелкопористых глиняных или фарфоровых сосудов. Для этого сосуд наполняют раствором K4Fe(CN)e, а затем опускают на некоторое время в раствор CuS04. Таким путем приготовлял полупроницаемые перегородки Пфеффер (1845 — 1920), впервые систематически изучивший законы осмотического давления.
