44.Диффузия.

Б ір заттың молекулаларының екінші заттың молекулаларының араларындағы бос орындарға өтіп таралуындиффузия (латынша жайылу, таралу) деп атайды.

Қатты денелерде де диффузия құбылысы байқалады. Түйісетін беттері мұқият тегістелген қорғасын мен алтынды бір-біріне беттестіріп, бірнеше жыл өткеннен кейін карағанда олар бір-бірімен тұтасып калған. Сөйтсе, 5 жыл ішінде бөлме температурасында түйісіп тұрған беттегі алтын мен қорғасын бөлшектері бір-біріне 1 мм тереңдікке дейін еніп кеткен.

Тұрмыста, табиғатта және адам мен жан-жануарлар әлемінде диффузияның пайдалы да, зиянды да жақтары бар. Мысалы, ауадағы оттегі суға диффузия арқылы өтетіндіктен, ондағы жануарлар дем алып, тіршілік ете алады. Нақ осы жолмен ауадағы оттегі адам терісінен өтіп, оның организмін сауықтырады. Міне, сондықтан адам денесі терісінің үнемі таза болуы денсаулыққа жақсы әсер етеді. Қоректік заттар диффузия арқылы жануарлардың қарнынан, ішегінен өтіп, қанға беріледі. Одан әрі қан тамырларының қабырғаларынан етіп, бүкіл денеге тарайды. Диффузияның зиянды жақтарына келер болсақ, ауру тарататын микробтар, әр түрлі улағыш заттар (темекі түтіні,арақ пен есірткі молекулалары) адам организміне оңай сіңіп, зор зиян келтіреді. Мысалы, адам темекіні қанша рет сорса, сонша минут оның өмірі қысқарады. Есірткі естен тандырып, арақ аздырып адамды қыршынынан қияды. Сондықтан айнала қоршаған ортаның, өз денеңнің тазалығын сақтау, зиянды әдеттен аулақ болу әркімнің қасиетті міндеті.

Диффузия құбылысынан мынадай қорытынды туады: денелерді құрайтын бөлшектер бір-бірінен белгілі бір қашықтықта орналасады және үздіксіз қозғалыста болады. Дене көлемінің үлкен бөлігін бос кеңістік алып тұрады. Тіпті, біртұтас атомныңда аса үлкен бөлігі бос кеңістік болып табылады. Атом көлеміндегі бос орынды салыстырмалы түрде көз алдына елестету үшін мына мысалды келтірейік: атомның ядросын шие көлеміндей үлкейтсек, онда осы шие - ядроны айнала қозғалатын атом электрондарының орбиталары үлкен футболстадионындай болар еді. Ядроның кішілігі сондай, ол атом көлемінің 1/1 000 000 000 000 = 10 12 бөлігін ғана алады. Денелерді қыздырғанда диффузия жылдамырақ жүреді. Өйткені денелерді құрайтын бөлшектердің қозғалыс жылдамдығы оларды қыздыра түскен сайын арта береді.

Ауаның жылынуы мен салқындауы, мұздың еруі, судың буға айналуы, металдардың балқуы, газдардың сұйылуы — осылардың барлығы да денелердің жылулық күйінің өзгерісін білдіреді. Дененің немесе заттың жылулық күйін сипаттайтын физикалық шама температура деп аталады.

45.Нақты(реал) газдар.Ван-дер-Валльс теңдеуі.

Нақты (реал) газдар. Газдың тығыздығы артқан сайын оның қасиеттері идеал газ күйінен ауытқи бастайды. Бұл жағдайда соқтығысулардың рөлі артып, молекулалардың мөлшерлері мен олардың өзара әсерлерін ескермеуге болмай қалады. Мұндай газды нақты (реал) газ деп атайды. Газ алмасу, биологияда – организм мен оны қоршаған орта арасындағы газ алмасу процесі. Адам мен жануарлар организмі тыныс алу кезінде сыртқы ортадан оттекті сіңіріп, өзінен көмір қышқыл газын және зат алмасу нәтижесінде пайда болатын әр түрлі газ қоспаларын сыртқа шығарады. Газ алмасусыз тірі организмде зат және энергия алмасуы дұрыс жүрмейді. Демалыс кезінде, ұйықтағанда газ алмасу төмендейді. Газ алмасу арқылы организмдегі энергия мөлшерін анықтауға болады. Газ алмасу процесі кезінде организм оттекті көп мөлшерде пайдаланса, барлық дене мүшелерінің қызметі артып, тыныс алу және қан айналысы жақсарады, осыған байланысты қанның физикалық-химиялық құрамы да өзгереді.  

Ван-дер-Ваальс теңдеуі

Жоғары қысымдар кезіндегі газдардың касиеттерін және сұйық-газ фазалық өтуін Мендлеев-Клапейрон теңдеуі сипаттай алмайды, бүл тендеу тек төменгі қысымдар кезіндегі газдар үшін ғана орындалады екен. Бірақ бұл теңдеуді нақты газдардың кез келген қысымдар кездегі сипаттарын ғана емес, со-нымен катар жеткілікті дәлдікпен сұйықтардың кызметтерін және газ күйінен сұйық күйге фазалық өтуді де сипаттай алатын түрде түзетуге болады.

Бұл үшін газ молекулалары дегеніміз ешқандай мөлшерлері жоқ материалдық нүктелер деген көзқарастардан және молекулалар арасында ешқандай өзара әрекеттесу жоқ деген тоқтамнан бас тарту керек. Егер шындығында да молекулалар аралық күштер бар деп және молекулалардың белгілі мөлшер-лері болады деп алатын болсак және Мендлеев-Клапейрон тендеуіне қажетті түзетулерді енгізетін болсақ, онда тәжірибе нәтижелерімен жақсырақ үйлесімді болатын нақты газдардың жаңа күй теңдеуін алуға болады деп үміттенуге болады.

Молекулалардың молшерлері де, молекулалар арасындағы өзара әрекеттесу күштері де ескерілген жаңартылған күй теңдеуін 1873 жылы Ван-дер-Ваальс ұсынды және ол қазір оның есімімен аталады.

Айта кететін нәрсе, қарастырғалы отырған нақты газдардың күй теңдеуі де жуықталған тендеу, себебі молекулалардың арасындағы озара өрекеттесу күштерін дәл есептеу әлі де мүмкін болмай отыр.

Идеал газдың бір молі үшін жазылған

күй теңдеуінде V деп газ тұрған ыдыстың көлемін түсінеміз. Екінші жағынан онда қозғалып жүрген газ молекулаларынын, кез келгенінің кез келген жерде бола алатын көлемі, себебі идеал газдың материалдық нүкте-молекулалары үшін ыдыстың кез келген жері бос, әр молекула үшін ыдыста одан басқа мо-лекула жоқ тәрізді. Шындығында газда ыдыстың барлық көлемі молекулалар үшін бос емес, себебі әр молекула белгілі көлем алып тұр және ыдыстың бұл бөлігінде басқа молекулалар бола алмайды.

Бүл жағдайды ескеру үшін ыдыстың көлемінен молекулалар қозғала алмайтын, олардың өздері алып түрған көлемін алып тастау керек. Оны в деп белгілейік. Сонда тендеу мына түрде жазылады:

мүндағы Ь түзету газдың қысымды шексіз арттырған кезде алатын шектік көлемі. Шындығында да теңдеуді

түрінде жазып,колемнің V = в болатындығын көреміз.

в түзетуді енгізу аркылы ескерілген молекулалардың меншікті көлемімен катар тағы да молекулалар арасындағы тартылыс күштері де бар.

Шындығында да, ыдыстың қабырғасына жуық орналасқан кез келген мо-лекуланың бір жағындагы "көршілері" екінші жағындағы "көршілерінен" артык, болады да, оған түсірілетін басқа молекулалар тарапынан пайда бола-тын қорытқы тартылыс кұші басы артық молекулалар саны бар жағына қарай, яғни ыдыстың Ішіне қарай бағытталады. Осының арқасында ыдыстың қабырғасына түсірілетін кысым қайсыбір р шамасына кем болады. Сөйтіп, қысым үшін (4.4) ернектің орнына мынандай өрнекке келеміз:

Ыдыс қабырғасына жуык қабатқа газ молекулалары тарапынан болатын қысымның осы қабаттың бірлік ауданына келетін барлық молекулаларға әсер ететін күшке тең болатындығы анық. Бұл күштің молекулалардың п тығыздығына тәуелді болатыны анық. Екінші жағынан, қабырғаға жуық қабаттағы тартылысқа ұшыраған молекулалар саны да п санына пропорционал болады.

Сонымен, газдың қысымы үшін өрнекті былайша жазуға болады екен:

Газдың қысымын, колемін және температурасын байланыстыратын бұл теңдеу нацты газдың күй теңдеуі болып табылады.

Мүнда т— газдың массасы, М ~ оның молдік массасы,V— газдың алып түрған көлемі.

тендеу газдың молі үшін жазылған. Газдың кез келген мөлшері үшін оны мына түрде жазуға болады:

Заттың сапалық сипаттамаларын зерггеу үшін Ван-дер-Ваальс теңдеуін кысымдар мен температуралардың барлык өзгеріс аума-ғында да қолданатын боламыз. Бұл жағдайда оны жуықталган жартылай эмпирикалық теңдеу деп қарастыруымыз керек. Ван-дер-Ваальс тендеуіне толық бағынатын газдарды Ван-дер-Ваальс газдары деп атайды.