Справочник по физике для инженеров и студентов - Яворский Б.М.
ISBN 5-488-00330-4
Скачать (прямая ссылка):
Если растворяющееся вещество дробится на отдельные молекулы (молекулярная дисперсность вещества), то образуется молекулярный истинный раствор. В случае истинных ионных растворов происходит распад растворенного вещества на ионы. Кроме того, существуют коллоидные растворы, представляющие собой взвешенные в растворителе частицы вещества.
2°. Количество растворенного вещества характеризуется его концентрацией.
Такие растворы, в которых молекулы растворенного вещества полностью диссоциируют на ионы в сильно ассоциированных растворителях, называют растворами сильных электролитов. Образовавшиеся, ионы взаимодействуют с молекулами растворителя (явление гидратации).
3°. В разбавленных растворах наблюдается хаотическое движение молекул растворенного вещества, аналогичное движению молекул газа. Однако для растворенных молекул несправедливы максвелловское распределение скоростей, закон распределения свободных пробегов и другие газокинетические закономерности.
4°. Экспериментальным методом изучения свойств истинных растворов являются наблюдения над явлением осмоса — проникновением растворителя в раствор через пористую перегородку (мембрану), непроницаемую для растворенного вещества и отделяющую раствор от чистой жидкости. Через мембрану осуществляется обмен молекулами растворителя, находящимися по обе ее стороны. В результате преимущественного снижения молекул растворителя в сторону раствора равновесие в системе растворитель — мембрана — рас-ruop поддерживается с помощью осмотического дав-
298
11.8. ЖИДКОСТИ
ления, производимого растворенным веществам в растворе. Осмотическое давление Pocm вычисляют по уравнению Вант-Гоффа:
Росм=^.
где п — число молей растворенного вещества в объеме V раствора, R — универсальная газовая постоянная, T — термодинамическая температура.
Аналогия между уравнениями Вант-Гоффа и Клапейрона — Менделеева является причиной ошибочного толкования осмотического давления как результата ударов молекул раствора о стенки сосуда.
5°. Равновесная концентрация слабого раствора, возникающего при растворении в жидкости или твердом теле газа, пропорциональна давлению газа и не зависит от природы газа и конденсированной фазы (закон растворимости Генри). Это утверждение справедливо при отсутствии хемосорбции (химической сорбции) — химического взаимодействия между газом и твердым растворителем, сопровождающегося образованием химических соединений.
6°. Давление насыщенного пара над разбавленным раствором меньше, чем над чистой жидкостью. Относительное понижение давления пара пропорционально концентрации раствора и не зависит от химической природы растворенного вещества (закон Рауля).
7°. Введение в растворитель молекул растворенного вещества повышает температуру кипения и снижает температуру отвердевания растворов на величину, пропорциональную концентрации раствора и не зависящую от химической природы растворенного вещества (закон Рауля).
6. СВЕРХТЕКУЧЕСТЬ ГЕЛИЯ
1°. При сверхнизких температурах у гелия наблюдается совокупность особых свойств:
а) отсутствует тройная точка;
б) при давлениях р < 24 - IO5 Па гелий не кристаллизуется при охлаждении до сколь угодно низких температур;
11.8.6 СВЕРХТЕКУЧЕСТЬ ГЕЛИЯ
299
в) для изотопа 4He критические параметры составляют: Tk = 5,19 К, рк = 2,27 ¦ IO5 Па. При нормальном давлении 4He сжижается при T = 4,2 К, причем плотность жидкого гелия аномально мала.
2°. При понижении температуры до T = 2,-2 К и нормальном давлении в 4He происходит A-переход, являющийся фазовым переходом второго рода: жидкий гелий I переходит в гелий II. При повышении давления температура А-пере хода понижается.
3°. Сверхтекучестью называется обнаруженное у жидкого гелия II явление практически полного отсутствия вязкости при течении его сквозь очень узкие капиллярные трубки (радиусом г = IO-7 м).
4°. Согласно двухжидкостной модели жидкий гелий с массой т. при T < 2,2 К представляет собой смесь двух полностью взаимопроникающих без трения компонентов: нормального (с массой тп) и сверхтекучего (с массой ms = т — тп). Это соответствует двум типам движений, одновременно существующих в гелии II. Первое из них соответствует течению жидкости-, в которой возбуждено тепловое движение, рассматриваемое как совокупность «элементарных тепловых возбуждений» с энергиями Iivi, где h — постоянная Планка, Vj — частоты соответствующих этим возбуждениям фононов. Это течение называется нормальным, оно подобно движению обычной вязкой жидкости. С ним связаны внутренняя энергия гелия II и наличие внутреннего трения (вязкости). Второй тип движения соответствует течению жидкости, в которой отсутствуют тепловое возбуждение, внутренняя энергия и вязкость. Из детального рассмотрения механизма возникновения «элементарных тепловых возбуждений» в гелии II, основанного на законах сохранения энергии и импульса, следует возможность таких состояний гелия II, в которых не возникают элементарные возбуждения. В этих состояниях частицы гелия II образуют связанный коллектив (конденсат) сильно взаимодействующих частиц. Таким состояниям соответствует сверхтекучая часть гелия II.
