3.10 Растворимость твердых тел в жидкостях

Растворимость твердых тел в жидкостях сильно зависит от их природы, природы растворителя и температуры. Вопрос о зависимости растворимости от физико-химических свойств компонентов находится сейчас в неудовлетворительном состоянии, что связано с отсутствием ясных и общих представлений о молекулярных силах, действующих в растворах и определяющих растворимость, и с отсутствием универсальной теории жидкостей.

Если, однако, при растворении образуется идеальный раствор, величина растворимости может быть предсказана термодинамически

( )_р =

где N₂ - растворимость твердого тела,

_раст - дифференциальная теплота растворения.

Растворимость твердого вещества в растворе можно представить протекающим в две стадии:

1. Плавление твердого.

2. Смешение жидкого вещества с идеальным раствором. В случае идеального раствора теплота второго процесса равна нулю. Это значит, что Н⁰_пл = Н_раст

( )_p =

lgN₂ = -

3.11 ОГРАНИЧЕННАЯ ВЗАИМНАЯ РАСТВОРИМОСТЬ ЖИДКОСТЕЙ

Ограниченная взаимная растворимость двух жидкостей наблюдается в системах со значительным отклонением от идеальности. Такая растворимость зависит от температуры, однако влияние температуры на разные системы различно. В одних системах взаимная растворимость увеличивается с ростом температуры, а в других уменьшается. Температура, выше или ниже которой компоненты образуют гомогенный раствор во всех соотношениях, называется критической температурой растворения.

3.12Распределение растворенного вещества между

ДВУМЯ НЕСМЕШИВАЮЩИМИСЯ ЖИДКОСТЯМИ

Закон распределения - третий компонент, добавленный к системе, состоящей из двух взаимно нерастворимых жидкостей, распределяется между обоими жидкими слоями в определенном, постоянном при данной температуре отношении.

= К , где C₁ - равновесная концентрация распределяющегося вещества в первой фазе; С₂ - его равновесная концентрация во второй фазе; К - константа или коэффициент равновесия.

В некоторых системах распределяющееся вещество вследствие диссоциации или ассоциации его молекул обладает неодинаковой средней величиной частиц в различных растворителях. В таких случаях соотношение неприменимо, а закон распределения принимает вид

= К,

где n = (М¹ - средний молекулярный вес распределяющегося вещества в первой фазе; М² - его средний молекулярный вес во второй фазе).

Для выражения закона распределения в случае концентрированных растворов концентрации следует заменить активностями

К ,

где а₁ и а₂ - активности распределяющегося вещества в первой и второй фазах.

3.13 ЭКСТРАКЦИЯ

Закон распределения широко используется для решения задач на экстрагирование вещества из раствора. Экстракцией называется извлечение компонента из раствора с помощью второго растворителя не смешивающегося с первым.

Обозначим g_o - начальное количество экстрагируемого вещества; V₁ - объем раствора, в котором находится это вещество; V₂ - потребляемый на одно экстрагирование объем растворителя, с помощью которого производится экстрагирование; m -общее число экстрагировании; g₁,g₂...g_m - количество вещества, остающееся в первоначальном растворе после 1,2, ..., m-го экстрагировании; К - коэффициент распределения экстрагируемого вещества.

Коэффициент распределения экстрагируемого вещества условились обозначать отношением концентрации раствора, из которого экстрагируется распределяющееся вещество, к концентрации раствора, которым производится экстрагирование.

Пусть после первого экстрагирования в исходном растворе осталось g₁ кг рас­творенного вещества в объеме Vi, а экстрагируется g_э ⁼ g_o – g₁ кг, причем это количество заключается в объеме V₂. По закону распределения

откуда

После второго экстрагирования

Если вместо g₁ подставить его значение, то получим

Очевидно, что после m экстрагирований в исходном растворе останется g_m кг

4. СТРОЕНИЕ АТОМА

4.1 ВОЛНОВЫЕ СВОЙСТВА ЭЛЕКТРОНОВ

Уже в XIX веке было признано, что свет обладает волновыми свойствами, проявляющимися в дифракции от решетки. Однако, согласно данной впоследствии интерпретации фотоэлектрического эффекта, свету были приписаны также и корпускулярные свойства, так что излучение обладает двойственным корпускулярно-волновым характером. Следующие уравнения связывают количественно массу и частоту излучения  с его энергией Е, описывая этот дуализм:

E==hv==mc²

Здесь h—постоянная Планка, hv—энергия фотона с массой, эквивалентной т,а с—скорость света. Частота связана с длиной волны  уравнением

=

Из уравнений следует

= .

В 1924 г. де Бройль высказал предположение, что частицы, которые считались корпускулярными, также обладают волновыми свойствами. Уравнение де Бройля связывает длины волн таких частиц с их массой т и скоростью :

=

Подставляя в уравнение значения h, т и , можно найти длины волн различных частиц, движущихся с определенными скоростями

Согласно этим вычислениям, для объектов с массой 1 г или больше, движущихся с обычными скоростями, длины волн настолько малы, что их

нельзя измерить. Однако из таблицы легко видеть, что электроны с соответствующими скоростями имеют длины волн, сравнимые с межатомными

расстояниями в молекулах и кристаллах.

Длины волн, вычисленные для различных частиц

Частица	Масса m, г	Скорость, см/с	Длина волны, см
Медленный электрон	910-28	100	710-2
Быстрый электрон	910-28	5,9108	110-8
-частица	6,610-24	1,5109	610-13
Масса 1 г.	1	1	610-27
Теннисный мяч	40	2500	610-32
Бейсбольный мяч	140	2500	210-32

Принцип неопределенности Гейзенберга утверждает, что нельзя одновременно определить точно импульс и положение электрона. Это утверждение можно проиллюстрировать следующим образом. При любом измерении положения электрона излучение, используемое для наблюдения электрона, должно претерпевать изменения. Измеряемая величина—это изменение, происходящее с фотоном при его контакте с электроном. Поэтому нельзя точно обнаружить объект, размеры которого меньше длины волны используемого излучения. Следовательно, чтобы обнаружить такую маленькую частицу, как электрон, необходимо использовать излучение с очень малой длиной волны  и соответственно с очень большой энергией E=hc/. Однако, поскольку электрон чрезвычайно мал, столкновение с фотоном, обладающим большой энергией, должно изменять его импульс. В результате, чем точнее измеряется положение электрона (при использовании малых длин волн, т. е. фотонов с большой энергией), тем менее точно можно измерить одновременно его импульс (и обратно).

Модель атома Бора находится в противоречии с принципом неопределенности, так как она описывает одновременно и положение и импульс электрона. Вместо этого правильная теория может только предсказать вероятность нахождения электрона в определенном положении при данной энергии. После гипотезы де Бройля Шрёдингер интуитивно использовал волновое уравнение в качестве модели для описания поведения электрона в атоме. Эта модель учитывает требования, входящие в принцип неопределенности.