Гидрохимия - Крайнов С.Р.
ISBN 5-247-01293-3
Скачать (прямая ссылка):
:137
пустотах" иод влиянием .поверхностных сил (эффект. пограничного слоя).
Коэффициент молекулярной диффузии зависит от температуры. Установлено, что при довышении температуры на 1000C коэффициент диффузии в водных растворах может увеличиваться в ,несколько раз.
Обычно движущей силой 'молекулярной диффузии является градиент !концентраций. Однако направленная диффузия может наблюдаться и в телах, в 'которых градиентов концентраций нет, но они подвергаются действию внешних полей, генерирующих в них градиенты температуры, давления или электрического потенциала. Под влиянием этих «градиентов в телах могут возникать направленные диффузионные потоки частиц, которые называются в зависимости от характера обусловливающих их полей соответственно термодиффузией, бародиффузи-ей и электродиффузией.
5.2.2. Осмос
Осмос — это самопроизвольный направленный поток растворителя через полунепроницаемую пористую перегородку. Движущей силой осмоса является градиент концентраций растворителя (в нашем случае НгО) в системе растворов, разделенных такой перегородкой. Проявления осмоса как геохимического явления связано с изменением активности воды в растворах в зависимости от их химического состава и минерализации. Чем больше концентрация веществ в растворе, тем большее число молекул воды оказывается связанным явлениями гидратации и тем меньше ее активность в этом растворе. В- разделе 2.2.3 показано, что с ростом минерализации раствора активность воды уменьшается от 1 (в дистиллированной воде) до 0,3 (в рассоле максимальной минерализации). Поэтому, если растворы с разной концентрацией веществ разделены пористой перегородкой, проницаемой для молекул H2O, но непроницаемой для частиц растворенных веществ, то в отношении .активности воды эти растворы не находятся в равновесии — возникает градиент концентраций. Наличие такого градиента концентраций растворителя определяет стремление общей системы растворов к термодинамическому равновесию, которое реализуется потоком молекул растворителя через перегородку по направлению от менее концентрированного раствора к более концентрированному. Таким образом, термодинамически наличие осмоса связано с понижением потенциала растворителя в растворе под действием растворенного вещества. Осмотический поток направлен навстречу диффузии ионов и в общей совокупности явлений ведет к выравниванию концентраций веществ в растворах, разделенных пористыми пере
138
городками. При этом, чем больше разность концентраций веществ © растворах, тем более проявляется эффект осмоса. Движение «молекул воды от менее концентрированных растворов к более концентрированным создает в .последних избыток гидростатического давления, которое, исходя из физической природы явлений, называется осмотическим. В соответствии с определением В. А. Киреева [17], осмотическое давление равно тому давлению, которое нужно 'Приложить ос раствору, чтобы привести его в равновесие с чистым растворителем, отделенным от него лолунепроницаемой перегородкой. Иными словами, это величина внешнего гидростатического давления, которое нужно наложить на раствор, чтобы .предупредить лоступ-ление в него растворителя через полунепроницаемую перегородку. ? '
Таким давлением обеспечивается термодинамическое равновесие в системе растворов, разделенных перегородкой. По величине оно может быть значительным. Так, С. И. Смирнов показал, что на границе ячеек с морской и дистиллированной водой осмотическое давление при температуре 25 0C должно быть равно 2,4 МПа. ?1
В физичеакой химии существуют уравнения, которые* но-зволяют вычислять величину осмотического давления. Так, ш разбавленных растворах это давление прямо пропорционально концентрации растворенного вещества С и температуре Г, т;е; л=еСГ. Коэффициент пропорциональности е в этом уравнении является универсальной постоянной, которая численно равна газовой постоянной R. Таким образом, зависимость осмотического давления от концентрации и температуры может быть представлена уравнением л= CRT [17].
В идеальных я предельно разбавленных растворах осмотк* ческое давление не зависит от природы растворенных -веществ, а определяется только общим, числом ионов и ассоциатов в единице объема раствора. Для более концентрированных рас*1 творов электролитов природа растворенного вещества уже влияет на величину осмотического давления. Чем больше оказывается способность электролита к диссоциации, тем большее число молекул воды будет связано частицами растворенного вещества и тем больше будет свойство !раствора испытывать оомотичеокое давление со стороны менее концентрированного раствора. При этом степень отклонения от свойств идеального раствора зависит от концентрации веществ и коэффициентов активности частиц растворенных веществ и растворителя.
До сих пор речь шла о нормальном осмосе. Но существуют явления обратного осмоса. Если взять полупроницаемую перегородку (например, органическую или глинистую) н продавливать через нее раствор электролита, то при достаточной величине давления молекулы растворителя (воды) будут прохо^
