Курс общей физики. Механика и молекулярная физика - Ландау Л.Д.
Скачать (прямая ссылка):
Так, в реакции разложения известняка с выделением углекислого газа
CaCO3 = CaO+ CO2
газом является только CO2 (окись кальция CaO остается в твердом виде). Поэтому закон действующих масс дает просто
Pco2 = K(T). 282
ХИМИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ
[ГЛ. XI
Это значит, что в равновесии (при заданной температуре) над известняком должен находиться углекислый газ с определенным парциальным давлением. Обращает на себя внимание сходство этого явления с испарением: при испарении тоже над поверхностью тела находится газ, давление которого определяется только температурой и не зависит, например, от количества того и другого.
Закон действующих масс имеет место также и для реакций между веществами, находящимися в растворе, если раствор является слабым; здесь снова проявляется аналогия между свойствами газов и свойствами слабых растворов, которая уже отмечалась в § 80. Вывод закона действующих масс для газовых реакций основан на подсчете числа столкновений между молекулами. Такой же подсчет можно сделать и в случае реакции в растворе; то обстоятельство, что реагирующие молекулы находятся не в пустом пространстве, а в некоторой среде (растворителе), влияет лишь на зависимость константы равновесия от температуры и давления. Поэтому в уравнении закона действующих масс
с?с?...=К(р, T) остается неизвестной зависимость К как от температуры, так и от давления. Концентрации C1, с2, ... в этом уравнении определяются теперь как количества растворенных веществ, приходящиеся на определенное количество (или на единицу объема) растворителя.
Аналогичная формула справедлива и для реакций, в которых участвуют не только растворенные вещества, но и сам растворитель. Такова, например, реакция гидролиза тростникового сахара:
тростниковый сахар—H2O= глюкоза+фруктоза, происходящая в растворе сахара в воде. Поскольку количество молекул воды гораздо больше числа молекул сахара (раствор предполагается слабым), то концентрация воды практически не меняется при реакции. Поэтому в выражении закона действующих масс надо писать лишь концентрации растворенных веществ:
[тростниковый сахар] _ і//т \
[глюкоза] [фруктоза] '
(квадратные скобки обозначают молярные концентрации — «шсло молей данного вещества в литре воды). § 891
СИЛЬНЫЕ ЭЛЕКТРОЛИТЫ
283
§ 89. Сильные электролиты
Целый ряд веществ при растворении оказывается распределенным в растворе не в виде молекул, а в виде заряженных частей молекул — ионов (при этом положительные ионы называют катионами, а отрицательные — анионами). Такие вещества называют сильными электролитами. О веществе, растворенном в виде ионов, говорят, что оно при растворении диссоциирует, а самое явление называют электролитической диссоциацией.
При растворении в воде сильными электролитами являются почти все соли, некоторые кислоты (например, HCl, HBr, HI, HNO3), а также некоторые основания (NaOH, КОН). У солей катионом является металл, а анионом — кислотный остаток (например, NaCl^-Na+ +Cl-). Кислоты диссоциируют на катион H+ и анион — кислотный остаток (HNO3-^H+ +NO^); наконец, щелочи — на металлический катион и анион 0Н~, называемый гидроксилом (NaOH->-^Na+ +ОН").
Явление электролитической диссоциации наблюдается и в некоторых других растворителях. Однако сильнее всего оно выражено именно в водных растворах.
Если в воде растворены одновременно два каких-либо сильных электролита, например NaCl и KBr, то не имеет смысла говорить о таком растворе, как о растворе именно NaCl и KBr. В действительности в нем находятся только отдельные ноны K+ , Na+ , Cl- , Br- . Поэтому тот же раствор можно было бы с равным правом назвать и раствором NaBr и KCl, вернее, оба утверждения лишены содержания.
В реакциях между сильными электролитами в растворе участвуют в действительности только отдельные ионы, так как целых молекул в растворе нет. Поэтому теплота реакции между сильными электролитами зависит только от ионов, непосредственно участвующих в реакции, и не зависит от того, какие еще ионы имеются в растворе (если, конечно, раствор является слабым). Рассмотрим, например, реакцию нейтрализации сильных кислот щелочью. Не точно писать, например, реакцию нейтрализации NaOH с HCl в виде Na0H+HCl = NaCl+H20. В действительности реагируют только ионы H+ и ОН" , соединяясь в воду: H+ + +OH-=H2O. Очевидно, что эта реакция одинакова для 284
ХИМИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ
[ГЛ. XI
всех сильных кислот и щелочей, независимо от природы металла и кислотного остатка. Поэтому и теплота этой реакции одинакова для нейтрализации любой сильной кислоты любой сильной щелочью. Отнесенная на моль кислоты и моль щелочи, она равна 57 кдж:
H+ + ОН" = H2O + 57 кдж.
Рассмотрим насыщенный раствор какого-либо мало растворимого сильного электролита, например насыщенный раствор AgCl в воде. По определению понятия насыщенности этот раствор находится в равновесии с твердым AgCl. Это равновесие можно рассматривать как химическое равновесие реакции
Ag+J-Cl- = AgCl,
где Ag+ и Cl- находятся в растворе, a AgCl — в твердом состоянии: сколько молекул AgCl за 1 сек переходит в раствор, столько же их за то же время осаждается путем соединения ионов из раствора. Поскольку, с другой стороны, раствор слабый (так как растворимость AgCl мала), то можно применить закон действующих масс. Помня, что надо учитывать в нем только концентрации растворенных веществ, находим
