ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Равновесия между жидкостью и растворенными в ней газами из "Общая химия" Диоксид углерода частично просто смешивается с водой, а частично реагирует с ней с образованием угольной кислоты. В данном разделе мы сосредоточим внимание на растворах, образующихся как результат физической дисперсии. [c.210] Таким образом насыщающая концентрация кислорода в воде при указанных условиях равна 2,56-10 моль/л. [c.211] Можно не сомневаться, что в обычных водоемах рыба получает достаточное количество кислорода в результате его растворения из воздуха. Но что происходит с рыбой, живущей в воде при давлении 10 атм, когда вода оказывается почти предельно насыщенной кислородом и азотом Возможно, обилие кислорода даже доставляет рыбе удовольствие, но следует разобраться, к чему приводит одновременное с этим повыщение концентрации растворенного в воде азота. Согласно закону Генри, количество N2, растворенного в воде при 10 атм и 25°С, может достигать 6,4-10 моль/л. Между окружающей средой (в данном случае водой) и тканями организма рыб, в частности жабрами, устанавливается равновесие в отнощении содержания азота. Но если рыба окажется внезапно на поверхности воды, где давление падает до 1 атм, избыток азота должен будет выделиться из ее организма, чтобы последний пришел в равновесие с окружающей водой, находящейся при гораздо более низком давлении. В подобные обстоятельства попадает рыба, переплывающая высокие плотины. В результате резкого выделения избыточного азота в крови появляется большое количество газовых пузырьков, и у рыб развивается кессонная болезнь. Бурлящая вода у подножия плотины все еще может быть пересыщена азотом, и находясь в, ней рыба остается в равновесии с высоким содержанием Nj. Но переплыв в спокойную воду, рыба подвергается декомпрессии , и вследствие выделения пузырьков N2 у нее выпучиваются глаза. Первое время, пока на высоких плотинах гидроэлектростанций не было предусмотрено специального оборудования для осторожной транспортировки рыбы, самостоятельно переплывающая плотины рыба в большом количестве погибала от выделения избыточного азота при декомпрессии. [c.211] Хорошую демонстрацию высаливания можно провести с помощью насыщенного раствора диоксида углерода в воде. Если добавить в раствор NaH Oj небольшое количество кислоты, в ней образуется СО2 и избыточное количество этого газа выделяется из раствора в виде пузырьков. Добавим теперь в насыщенный раствор СО2 щепотку Na l. Растворение соли в воде приводит к ее сильной сольватации. Диоксид углерода вытесняется из раствора в виде маленьких пузырьков газа, что приводит к появлению сильной опалесценции раствора. Аналогичный эффект можно наблюдать, добавляя щепотку соли в стакан сельтерской воды, пива и других освежающих напитков, насыщенных углекислым газом. [c.211] При изготовлении мыла на одной из стадий технологического процесса необходимо удалить его из раствора. В этот момент в мыльный раствор добавляется хлорид натрия, и поскольку он гораздо сильнее сольватируется водой, чем мыло, последнее высаливается из раствора. [c.211] Р = Ра + Рь = ху, -Ь Х,р2. (12.3) На рис. 12.4 показано, насколько хорошо согласуются с законом Рауля свойства растворов бензола с толуолом при любых отношениях их концентраций. [c.211] Практически идеальные свойства растворов бензола с толуолом объясняются малыми межмолекулярными силами взаимодействия в этих веществах и в их растворах. Поскольку силы взаимодействия между молекулами бензола, между молекулами толуола, а также между молекулами бензола и толуола очень невелики, их растворы представляют собой по существу невзаимодействующие смеси. Поэтому полное давление паров над раствором бензола в толуоле оказывается равным сумме парциальных давлений каждого из компонентов, а парциальное давление каждого компонента прямо пропорционально его концентрации, выраженной в мольных долях. [c.212] Для неидеальных бинарных растворов, давление паров которых превышает сумму давлений паров каждого из компонентов или, наоборот, не достигает этого суммарного давления, фракционная перегонка не позволяет добиться полного разделения компонентов. Например, растворы этилового спирта и воды обнаруживают положительное отклонение от закона Рауля, а растворы НС1 с водой, наоборот, отрицательные отклонения от закона Рауля. Ни один из этих растворов не может быть полностью разделен обьгчной перегонкой. [c.213] Чтобы объяснить, почему невозможно такое разделение, удобнее перейти от диаграмм зависимости давления паров от состава раствора к диаграммам аналогичной зависимости температуры кипения раствора. Это позволяет взглянуть на обсуждаемую проблему под другим углом зрения, так как компонент раствора, имеющий более высокое давление паров, обладает более низкой температурой кипения и наоборот. Так, на рис. [c.213] Интересным примером двухкомпонентного жидкого раствора является вино. Обычно в вине содержится около 12% спирта, и независимо от того, каковы достоинства вина, спирт всегда испаряется из него быстрее, чем вода. Следовательно, пары над поверхностью вина содержат больший процент спирта, чем имеется в жидком вине. Внимательно рассматривая края стакана над поверхностью налитого в него вина, можно заметить на них маленькие капельки жидкости, которые постепенно собираются и стекают обратно в вино. Эти капельки, называемые винными слезами, появляются в результате коденсации паров, находящихся над поверхностью вина в стакане. Изучая стекание этих капелек по стенкам стакана на поверхность вина, можно прийти к выводу, что они содержат большую долю спирта, чем само вино. Поскольку спирт обладает намного меньшим поверхностным натяжением по сравнению с водой, стекающие капли, прикасаясь к поверхности вина, колеблются на ней и совершают пульсирующие движения — говорят, что они пьют вино , прежде чем слиться с ним. [c.213] Для измерения растворимости твердого вещества в жидком растворителе часто поступают таким образом. В раствор помещают несколько большее количество растворяемого вещества, чем это необходимо для получения насыщенного раствора. Затем анализируют образец такого раствора химически или путем испарения растворителя и взвешивания остатка. Каким бы способом ни проводился анализ, растворимость твердых веществ в жидких растворителях обычно выражают в граммах на 100 г растворителя. На рис. 12.10 в графическом виде представлена зависимость растворимости ряда твердых веществ в воде от температуры. [c.214] Некоторые физические свойства разбавленных растворов зависят от числа растворенных частиц в растворе, а не от их химического состава. Поскольку такие свойства обусловлены коллективным влиянием растворенных частиц, их принято называть коллигативными — от латинского со1И а1и8, что означает собирать. К числу коллигативных свойств относятся понижение давления паров над раствором, повышение температуры кипения растворов, уменьшение температуры их замерзания и, наконец, осмотическое давление. [c.215] Изменение температуры замерзания раствора, вызванное присутствием в нем растворепного вещества, можно объяснить исходя из предположения, что добавка препятствует нормальному процессу кристаллизации растворителя. Изменение температуры кипения объясняется присутствием в растворе нелетучего растворенного вещества, которое понижает давление паров растворителя. Поскольку кипение жидкости осуществляется при условии, что давление ее паров становится равным суммарному давлению над поверхностью жидкости, очевидно, давление паров раствора достигнет 1 атм при более высокой температуре, чем нормальная температура кипепия чистого растворителя. [c.215] Из двух описанных коллигативных свойств экспериментально удается точнее определить понижение температуры замерзания раствора. Рассмотрим два примера расчетов, связанных с определением температуры замерзания раствора. [c.215] Однако, как мы вскоре убедимся, для правильного предсказания осмотического давления следует пользоваться более строгим уравнением. [c.216] Многие биологические процессы, протекающие в растениях и организмах животных, чрезвычайно сильно зависят от действия имеющихся в них мембран, которые делают возможным осмос и способны избирательно отсортировывать вещества, необходимые организму для протекания в нем биологических процессов, от ненужных веществ. [c.217] Экспериментально наблюдаемое осмотическое давление для указанного раствора сахара составляет около 26,6 атм, так что оно лучше предсказывается уравнением (12.8), чем уравнением Вант-Г оффа. [c.217] Механизм осмоса и причины, вызывающие появление осмотического давления, еще не поняты окончательно. Мы уже упо п1нали о том, что мембраны могут действовать подобно мельчайшему ситу либо совокупности капиллярных трубок не исключено также, что в некоторых случаях они оказываются избирательными растворителями для одного из компонентов раствора, однако, вообще говоря, осмос считается физическим процессом. Большую роль в изучении явления осмоса играет термодинамический подход, однако ознакомление с ним выходит за пределы целей настоящей книги. [c.217] Вернуться к основной статье