Курс общей физики. Механика и молекулярная физика - Ландау Л.Д.
Скачать (прямая ссылка):
Это может произойти, например, путем рекомбинации двух атомов Br в молекулу Br2. В предыдущем параграфе было указано, однако, что такое соединение двух атомов в устойчивую молекулу может осуществиться лишь путем тройного столкновения. Поэтому этот механизм обрыва цепи становится решающим только при высоких давлениях, когда тройные соударения в объеме газа достаточно часты. 296
ХИМИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ
[ГЛ. XI
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 разветвление 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 по схеме
Ha + Os—20Н.
Образовавшиеся активные центры — радикалы ОН — реагируют с молекулами H2, давая воду
ОН + H2-H2O +Н.
Появляющиеся при этом атомы H реагируют дальше по схеме
H+ O2 — ОН +О, 0 + Н2 — ОН + Н. В результате этих реакций наряду с образованием воды происходит увеличение числа активных центров Н, О, ОН (в противоположность реакции образования HBr, в которой не происходило увеличения числа свободных атомов H и Br).
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 самоускорение 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 XU
ПОВЕРХНОСТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ
§ 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 существованию особой категории явлений, называемых поверхностными или явлениями капиллярности.
Строго говоря, всякое тело находится не в вакууме, а в какой-либо другой среде, например в атмосфере. Поэтому следует говорить не просто о поверхности 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 между энергией всех молекул (обеих сред) вблизи поверхности раздела и той энергией, которую эти молекулы имели бы, если бы они находились внутри тела, называется поверхностной энергией.
Очевидно, что поверхностная энергия пропорциональна* площади 5 поверхности раздела: 298
ПОВЕРХНОСТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ
[ГЛ. XII
Рис. 1.
Коэффициент а зависит от природы соприкасающихся сред и от их состояния. Он называется коэффициентом поверхностного натяжения.
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 коэффициента поверхностного натяжения следует, что поверхность раздела двух сред всегда стремится 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.
