43. Зависимость давления насыщенного пара от температуры.

Насыщенный пар — пар, находящийся в термодинамическом равновесии с жидкостью или твёрдым телом того же состава.

Давление насыщенного пара сильно зависит от температуры.

При равенстве внешнего давления давлению насыщенного пара происходит кипение (жидкости).

При некоторой определённой температуре — температуре кипения, зависящей от внешнего давления, парообразование начинается во всём объёме жидкости и при достаточном притоке тепла извне к телу продолжается до тех пор, пока вся жидкость не перейдет в пар.

Увеличивая внешнее давление, можно повышать температуру кипения, но лишь до определённого предела — критической температуры и критического давления, выше которых исчезает граница раздела жидкой и газообразной фаз (это состояние называют сверхкритический флюид или флюидная жидкость).

44. Условия равновесия трёх фаз химически однородного вещества. Тройная точка.

Фазовая диаграмма (диаграмма состояния) — графическое отображение равновесного состояния бесконечной физико-химической системы при условиях, отвечающих координатам рассматриваемой точки на диаграмме (носит название фигуративной точки)

На фазовых диаграммах однокомпонентных систем поля, по правилу фаз, соответствуют однофазным состояниям, линии, разграничивающие их — двухфазным, точки пересечения линий — трёхфазным (эти точки называют тройными точками).

Двухфазные линии, как правило, либо соединяют две тройные точки, либо тройную точку с точкой на оси ординат, отвечающую нулевому давлению. Исключение составляет линия жидкость-газ, заканчивающаяся в критической точке. При температурах выше критической различие между жидкостью и паром исчезает.

Равновесие фаз в термодинамике — состояние, при котором фазы в термодинамической системе находятся в состоянии теплового и механического равновесия.

Типы фазовых равновесий:

Тепловое равновесие означает, что все фазы вещества в системе имеют одинаковую температуру.

Механическое равновесие означает равенство давлений по разные стороны границы раздела соприкасающихся фаз. Строго говоря, в реальных системах эти давления равны лишь приближенно, разность давлений создается поверхностным натяжением.

45. Растворы. Их характеристики. Законы Рауля и Генри. Диаметры растворимости.

Определение. Жидкими растворами называется молекулярная смесь двух или не­скольких веществ, находящихся в жидком состоянии. Если одно из веществ при­сутствует в растворе в значительно большем количестве, чем другие, то оно назы­вается растворителем, а другие — растворенными веществами. Растворы, состоящие из двух веществ, называются бинарными.

Количественные характеристики. Относительная концентрация веществ в растворе: , , .

, , .

, , ,

где m₁ и m₂ — массы компонент, входящих в раствор.

Растворимость. Раствор может быть образован как в результате растворения в жидкости твердых веществ, так и смешением жидкостей. В некоторых ситуациях существует предел концентрации одного из веществ. При дальнейшем добавлении этого вещества в раствор оно уже не раство­ряется. Например, нельзя растворить в данном количестве воды сколь угодно боль­шое количество сахара. В этом случае максимальная равновесная концентрация на­зывается растворимостью. Она зависит от давления и температуры.

Теплота растворения. Механизм растворения сводится к разрыву связей между молекулами каждого из исходных веществ и образованию новых связей между молекулами веществ, находящихся в растворе. Во многих случаях при растворении молекулы вещества распадаются на свои составные части — ионы (у солей, щело­чей и т. д.).

После разъединения молекул растворяемого вещества силы притяжения между молекулами растворенного вещества и растворителя могут быть столь значитель­ными, что приводят к образованию комплексов молекул. При этом за счет работы сил притяжения внутренняя энергия увеличивается и происходит нагревание. Если это нагревание больше, чем охлаждение при разъединении молекул растворяемого вещества, то чистый итог процесса растворения сводится к нагреванию при раство­рении. Выделяющаяся при этом теплота также называется теплотой растворения. К таким случаям относится, например, растворение кислот в воде.

Идеальные растворы. Это такие растворы, у которых теплота растворения равна нулю.

Закон Рауля. Из условия динамического равновесия на границе между насыщен­ным паром и раствором следует, что давление насыщенных паров растворителя должно быть меньше их давления над чистым растворителем во столько же раз, во сколько плотность молекул растворителя меньше, чем когда он является чистым, без растворенного в нем вещества. Иначе говоря, давление насыщенных паров уменьшается во столько раз, во сколько уменьшается концентрация растворителя:

,

где — давление насыщенных паров над раствором, — давление насыщенных паров над чистым растворителем. Аналогично для давления насыщенных паров растворенного вещества получаем:

Формулы выражают закон Рауля для идеальных растворов. Од­нако он достаточно хорошо выполняется также для всех слабых растворов (не обязательно идеальных), если речь идет о насыщенных парах растворителя. Это обусловлено незначительностью концентрации растворенного вещества, которая не способна сколько-нибудь за­метно изменить в целом взаимодействие между молеку­лами растворителя.

У неидеальных растворов давление насыщенных паров меняется не только за счет изменения плотности молекул у поверхности, но и за счет изменения сил взаимодей­ствия между молекулами растворителя и растворенного вещества в растворе. Это может вызвать отклонение от предсказаний по закону Рауля в любую сторону. Столь же простого закона, как закон Рауля, для неидеальных растворов не существует.

Закон Генри. Закон Рауля (37.4) можно прочитать справа налево. Тогда он характеризует концентрацию вещества в растворе, если над раствором поддерживается давле­ние р₂ насыщенных паров этого вещества:

где

Концентрация газа, растворенного в жидкости, про­порциональна давлению газа над поверхностью жидкости. Поэтому, в частности, для получения газированной воды углекислый газ к ней подводится под большим давлением.

47. Теплоперенос. Закон Фурье. Коэффициент теплопроводности.

48. Диффузия. Закон Фика для самодиффузии. Коэффициент диффузии.

49. Вязкость. Закон Ньютона. Коэффициент вязкости.

Связь коэффициентов процессов переноса.

50. Кристаллическая решётка. Элементы симметрии и их взаимодействие. Решётки Браве. Индексы Миллера.

Кристалли́ческая решётка — вспомогательный геометрический образ, вводимый для анализа строения кристалла. Решётка имеет сходство с канвой или сеткой, что даёт основание называть точки решётки узлами. Решёткой является совокупность точек (атомов), которые возникают из отдельной произвольно выбранной точки кристалла под действием группы трансляции. Это расположение замечательно тем, что относительно каждой точки все остальные расположены совершенно одинаково. Применение к решётке в целом любой из присущих ей трансляций приводит к её параллельному переносу и совмещению. Для удобства анализа обычно точки решётки совмещают с центрами каких-либо атомов из числа входящих в кристалл, либо с центрами молекул.

В зависимости от пространственной симметрии, все кристаллические решётки подразделяются на семь кристаллических систем. По форме элементарной ячейки они могут быть разбиты на шесть сингоний. Все возможные сочетания имеющихся в кристаллической решётке поворотных осей симметрии и зеркальных плоскостей симметрии приводят к делению кристаллов на 32 класса симметрии, а с учётом винтовых осей симметрии и скользящих плоскостей симметрии на 230 пространственных групп.

Помимо основных трансляций, на которых строится элементарная ячейка, в кристаллической решётке могут присутствовать дополнительные трансляции, называемые решётками Браве. В трёхмерных решётках бывают гранецентрированная (F), объёмноцентрированная (I), базоцентрированная (A, B или C), примитивная (P) и ромбоэдрическая (R) решётки Браве. Примитивная система трансляций состоит из множества векторов (a, b, c), во все остальные входят одна или несколько дополнительных трансляций. Так, в объёмноцентрированную систему трансляций Браве входит четыре вектора (a, b, c, ½(a+b+c)), в гранецентрированную — шесть (a, b, c, ½(a+b), ½(b+c), ½(a+c)). Базоцентрированные системы трансляций содержат по четыре вектора: A включает вектора (a, b, c, ½(b+c)), B — вектора (a, b, c, ½(a+c)), а C — (a, b, c, ½(a+b)), центрируя одну из граней элементарного объёма. В системе трансляций Браве R дополнительные трансляции возникают только при выборе гексагональной элементарной ячейки и в этом случае в систему трансляций R входят вектора (a, b, c, 1/3(a+b+c), —1/3(a+b+c)).

Типы решеток Браве:

- кубические: примитивная, объемно-центрированная и гранецентрированная;

- гексагональная, тригональная;

- тетрагональные: примитивная и объемно-централизованная;

- ромбические: примитивная, базо-, объемно- и гранецентрированные;

- моноклинные: примитивная и базоцентрированная;

- триклинная.

Индексы Миллера — кристаллографические индексы, характеризующие расположение атомных плоскостей в кристалле. Индексы Миллера связаны с отрезками, отсекаемыми выбранной плоскостью на трёх осях кристаллографической системы координат (не обязательно декартовой). Таким образом, возможны три варианта относительного расположения осей и плоскости:

плоскость пересекает все три оси

плоскость пересекает две оси, а третьей параллельна

плоскость пересекает одну ось и параллельна двум другим

Индексы Миллера выглядят как три взаимно простых целых числа, записанные в круглых скобках: (111), (101), (110)…