Розв’язування:

Обчислимо кінетичну енергію 1 моль водню:

Е_к = RT Е_к = = 7142,45Дж/моль

Обчислимо середньоквадратичну швидкість частинок водню:

υ_ср.кв.= = =26,725∙10² = 2673м/с

Відповідь: Е_к = 7142Дж/моль, υ_ср.-кв. = 2673м/с.

2.2. Обчислення поверхневого натягу і в’язкості рідин Теоретичні положення

• Поверхневий натяг – це мінімальна сила, що необхідна для подолання спрямовування частинок рідини всередину, утримує поверхню рідини від скорочення.

• Позначається σ, одиниці вимірювання: ;

• Поверхневий натяг обчислюється за формулою: σ = σ₀ ∙ , де

σ – поверхневий натяг рідини;

σ₀ – поверхневий натяг води;

ρ і ρ₀ – густини рідини і води;

n і n₀ – кількість крапель досліджуваної рідини і води.

• В’язкість – це властивість рідин, що характеризує опір їхньої течії під дією зовнішніх сил. Зумовлена рухливістю окремих молекул або атомів.

• Позначається η, одиниці вимірювання: [ ];

• В’язкість рідин можна обчислити за формулою:

η = η₀ , де

η – відносна в’язкість досліджуваної рідини відносно води;

η₀ – коефіцієнт в’язкості води;

ρ і ρ₀ – густини досліджуваної рідини і води, кг/м³;

τ і τ₀ – час витікання (сек.) рідини та води.

Задача №8

Обчислити поверхневий натяг толуолу при 60⁰С, якщо при повільному його витіканні з сталагмометра, маса 38 крапель дорівнює 1,4864г. При випусканні з того ж самого сталагмометра води при тій же температурі маса 25 крапель дорівнює 2,6570г.

Дано:

n = 38

m = 1,4864г

n₀ = 25

m_{0 =} 2,6570г

t = 60⁰С

σ₀ = 66,18∙10^-3Н/м (з довідника)

Обчислити: σ ‑ ?

Розв’язування:

Записуємо формулу для обчислення поверхневого натягу методом рахування крапель:

σ = σ₀

Для толуолу: ρ =

Для води: ρ₀ = , причому V=V₀

Замість ρ і ρ₀ підставляємо відношення m/V:

σ = σ₀

Для підстановки чисельних значень отримуємо:

σ = =24,36∙10^-3Н/м

Відповідь: поверхневий натяг толуолу при 60⁰С дорівнює 24,36∙10^-3Н/м.

Задача №9

Обчислити в’язкість розчину гліцерину при 22⁰С, якщо він витікає з віскозиметру за 8хв. 10сек., а для того ж самого об’єму води (за тих же умов), необхідно 1хв. 5сек. Густина розчину гліцерину – 809кг/м³, густина води – 996кг/м³, в’язкість води – 0,9679мПа∙с.

Дано:

τ = 8хв. 10сек. = 490сек.

τ₀ = 1хв. 5сек. = 65сек.

ρ = 809кг/м³

ρ₀ = 996кг/м³

η₀ = 0,9679мПа∙с = 0,9679∙10^-3Па∙с

Обчислити: η ‑ ?

Розв’язування:

Запишемо формулу для обчислення в’язкості рідини:

η = η₀

Після підстановки чисельних значень отримуємо:

η = = 5,93∙10^-3 Па∙с

Враховуючи, що 1 пуаз (П) = 0,1Па∙с, η = 5,92∙10^-3∙10¹ = 5,92∙10^-2П

Відповідь: в’язкість гліцерину дорівнює 5,92∙10^-2П (Пуаз)

2.3. Застосування правила фаз Гіббса*

Фаза – сукупність гомогенних частин системи, що мають однаковий хімічний склад і фізичні властивості та відокремлених від інших частин системи межею розподілу.

Складові речовини ‑ речовини, що входять до складу системи, можуть бути виділені з системи та існувати без неї.

В хімічних системах деякі складові речовини можуть утворюватися в результаті перебігу хімічної реакції. Такі складові речовини називаються залежними.

Вихідні речовини, що складаються систему – незалежні.

Компонент – це така складова системи, найменшої кількості якої достатньо для побудови будь-якої фази в системі, що знаходиться в рівновазі.

У фізичних системах число компонентів дорівнює числу складових речовин системи, так як вони не вступають в хімічну взаємодію. У хімічних системах кількість компонентів менша кількості складових речовин, що утворюють систему, на число хімічних рівнянь згідно яких речовини, що утворюють систему, обернено реагують між собою за даних умов існування системи.

Правило фаз Гіббса: у рівноважній багатофазовій термодинамічній системі, на яку ззовні впливають тільки температура та тиск, кількість ступенів свободи дорівнює кількості компонентів плюс два, мінус кількість фаз: С = К + 2 ‑ Ф

Число незалежних компонентів в системі К;

Кількість фаз Ф;

Кількість ступенів вільності системи С.

Приклад 1

Визначити максимальне число ступенів вільності для однокомпонентної, двокомпонентної і трикомпонентної системи

Вирішення:

Для однокомпонентної системи (К = 1), правило фаз має вигляд: С = 3 – Ф. Якщо Ф=1, то С = 2 (коли вся рідина перейшла у пару). Число рівноважних фаз не може бути більше 3 (С = 0).

Для двокомпонентної системи (К = 2), правило фаз має вигляд: С = 4 – Ф. За умови Ф=1, С = 3. Число рівноважних фаз не може бути більш за 4 (С=0).

Для трикомпонентної системи (К = 3), правило фаз виглядає: С = 5 – Ф. За умови Ф=1, С=4. Число рівноважних фаз в системі не може бути більшим за 5 (С= 0).

Хімічна система	Кількість
	склад. реч.	рівн.	фаз	компон.
2СО+О2↔ 2СО2	3	1	1 (г)	3 ‑ 1 = 2
СuO(т)+H2↔Сu(т)+H2O(р)	4	1	4 (1г, 2т., 1р)	4 ‑ 1 = 3
FeO(т)+СО↔Fe(т)+СО2(г)	4	1	3 (2 т., 1г.)	4 ‑ 1 = 3