70. Формула Саха

Ниже рассматривается применение закона действующих масс к тепловому ионизационному равновесию одноатомного газа (химический символ A). При достаточно высоких температурах часть атомов в результате столкновений ионизуется, при этом образуются однократно заряженные положительные ионы A_i и свободные электроны e. Это процесс тепловой ионизации. В обратном процессе (рекомбинации) ионы и электроны соединяются в нейтральные атомы. При равновесии оба процесса идут с одинаковыми скоростями. Температура считается не слишком высокой, поэтому концентрацией двукратно заряженных ионов пренебрегается.

Уравнение реакции тепловой ионизации имеет вид

A = A_i + e, или A_i + e – A = 0. (70.1)

Стехиометрические коэффициенты равны ν_i = ν_e = 1, ν_a = – 1. Степень ионизации определяется как доля ионизованных частиц

α = n_i/(n_a + n_i). (70.2)

Здесь символ n употребляется для обозначения плотности числа частиц (числа частиц в единице объема). Имеет место условие электронейтральности плазмы

n_i = n_e. (70.3)

Газы считаются идеальными

p = nkT,  n = n_a + n_i + n_e. (70.4)

Для концентраций атомов, ионов и электронов из (70.2)–(70.4) получаются выражения

c_a = (1 – α)  / (1 + α),  c_i = c_e = α / (1 + α). (70.5)

Применение закона действующих масс дает

α ² / (1 – α ²) = const  p^–1  exp(– I / kT). (70.6)

Это уравнение получил индийский ученый М. Н. Саха, поэтому оно называется формулой Саха. При получении его использовалось: c_V = 3k/2, c_p = 5k/2 для каждого компонента, Σν_i = 1, ε_i + ε_e – ε_a = I – энергия ионизации. Постоянная в правой части в рамках термодинамики не определяется. Формула Саха применяется для слабо ионизованной плазмы (α  1).

71. Растворы

Растворами называют физически однородные смеси двух или нескольких веществ. Физическая однородность достигается равномерным перемешиванием молекул. В этом отношении растворы отличаются от механических смесей, в которых перемешаны не молекулы, а макроскопические частицы вещества. Но растворы не являются и просто механическими смесями молекул. По некоторым признакам растворы приближаются к химическим соединениям. Так, при смешении спирта с водой наблюдается уменьшение объема. Растворение обычно сопровождается выделением или поглощением теплоты. При смешении, к примеру, поваренной соли NaCl со снегом образующийся раствор сильно охлаждается (можно добиться снижения температуры до – 21˚C). От химических соединений растворы отличаются тем, что относительные количества веществ в растворах могут меняться в более или менее широких пределах (в химические соединения вещества входят в строго определенных пропорциях).

Если одного вещества в растворе больше, чем других, то оно называется растворителем, а прочие вещества – растворенными веществами. Растворы бывают слабые, или, как называют их еще, разбавленные, когда доля молекул растворенных веществ очень мала, и крепкие, со значительным содержанием растворенных веществ. Очень крепкие растворы называются концентрированными.

Если два раствора различной концентрации отделены один от другого пористой перегородкой, через которую могут проходить как молекулы растворителя, так и молекулы растворенного вещества, то начнется переход молекул из одного раствора в другой. Такой переход будет наблюдаться, пока концентрации обоих растворов не сравняются.