Строение жидкостей (стр. 6 )

При нагревании воды и особенно при кипячении ее растворенные в ней газы удаляются почти полностью. Присутствие газов в сырой воде и отсутствие их в кипяченой воде являются причиной того, что кипяченая и сырая вода отличаются по вкусу.

Наблюдать растворение воздуха в воде можно при помощи опыта, похожего на опыт с адсорбцией газов углем. Прокипятим в течение некоторого времени воду в колбе и дадим ей остыть. Осторожно, не встряхивая колбы, присоединим к ней жидкостный манометр. Теперь встряхнем колбу так, чтобы большая поверхность воды сразу пришла в соприкосновение с воздухом в колбе. Мы увидим, что манометр покажет заметное уменьшение давления воздуха в колбе. Следовательно, часть воздуха поглотилась водой. Однако, после того как мы хорошо взболтаем воду, дальнейшее растворение прекратится. Получится, как говорят, насыщенный раствор.

Как происходит растворение газа в воде? Пусть над водой находится воздух. Тепловое движение молекул приводит к тому, что сквозь границу вода — воздух проходят и молекулы воды и молекулы воздуха. Проникновение молекул воды в воздух есть не что иное, как испарение. Проникновение молекул газов, составляющих воздух, в воду и дальнейшая диффузия их по всему объему воды — это растворение воздуха в воде. Конечно, часть молекул газа, уже проникших в воду, выходит из нее в силу того же теплового движения. Но пока число молекул газа (например, кислорода) в воде незначительно, за единицу времени выходит из воды меньше молекул газа, чем входит в нее из окружающей атмосферы.

Таким образом, число молекул газа в воде продолжает увеличиваться, т. е. продолжается растворение газа в жидкости. Когда, наконец, число молекул газа в жидкости станет так велико, что за единицу времени столько же молекул газа успевает выйти из воды, сколько в нее проникает, дальнейшее увеличение числа молекул газа в воде (дальнейшее растворение) прекратится. Полученный раствор носит название насыщенного. В таком случае говорят, что жидкость находится в равновесии с газом.

Здесь слово «равновесие» употребляется в более общем смысле, чем в механике. Мы говорим, что система «вода, воздух, растворенный в ней, и воздух над поверхностью воды» находится в равновесии, если количество растворенного воздуха с течением времени не меняется, хотя отдельные молекулы то входят, то выходят из раствора. Такое равновесие называют подвижным или динамическим. Иногда вместо слова «равновесие» применяют выражение «стационарное состояние».

Масса газа, которая может раствориться в единице объема жидкости, называется растворимостью. Она зависит от температуры и от парциального давления данного газа над жидкостью. Опыт показывает, что при насыщении масса растворенного в жидкости газа пропорциональна парциальному давлению этого газа над жидкостью (закон Генри). Этим пользуются, например, при газировании воды. При газировании вода приводится в длительное соприкосновение с углекислым газом, имеющим большое давление; поэтому в воде растворяется большое количество углекислого газа. Когда газированную воду наливают в стакан, газ выделяется обильными пузырьками.

Явление растворения газов в жидкости имеет большое значение в водолазном деле. Водолазов, пробывших длительное время на большой глубине, нельзя быстро поднимать на поверхность воды. Кровь водолаза, дышащего воздухом под большим давлением, насыщена азотом (кислород не следует принимать во внимание, так как он быстро связывается с кровью химически). При быстром подъеме азот может выделиться из крови внутри кровеносных сосудов в виде пузырьков и закупорить их, что крайне опасно.

Масса газа, растворенного в жидкости, зависит также, от температуры. Мы уже говорили, что, нагревая воду, заставляем выделиться растворенный в ней воздух. Растворимость газа в жидкости при повышении-температуры почти всегда уменьшается. В таблице указаны растворимости в воде некоторых газов при различных температурах. Наконец, растворимость газа зависит от природы жидкости и газа. Например, кислород растворяется в воде в количестве примерно вдвое большем, чем азот. Это обстоятельство имеет большое значение для жизни живых организмов в воде.

Отметим, что газы могут растворяться также и в твердых телах. Например, некоторые металлы способны растворять определенное количество газов (в особенности водорода), причем скорость диффузии, а, следовательно, и растворения увеличивается при ровышении температуры.

Таблица.  Растворимость в воде некоторых  газов при различных температурах (в г/л)

Газ	Температура,  °С
0	20	40
Азот	0,0293	0,0164	0,0118
Аргон	0,058	0,037	0,027
Кислород	0,049	0,031	0,023
Углекислый газ	1,713	0,878	0,53
Хлористый водород	506	442	386

Растворение твёрдых тел в жидкости.

Растворение твёрдого вещества в жидкости мало чем отличается от растворимости жидкости в жидкости. В этом случае молекулы растворенного вещества постепенно распределяются среди молекул жидкости. Масса растворённого вещества, приходящаяся на единицу объёма растворителя, называется концентрацией раствора. Вещество растворяется в жидкости до некоторой определённой концентрации, которая зависит от природы растворителя и растворяемого вещества, а также от температуры.

Растворы, концентрация которых имеет предельное значение, называют насыщенными. Чем выше концентрация насыщенного раствора, тем больше растворимость вещества в данном растворителе. Особенно хорошим растворителем является вода, в которой очень многие вещества растворяются до значительных концентраций. В спирте растворимость, вообще говоря, хуже, в бензоле — еще хуже, хотя встречаются вещества, которые лучше растворяются в бензоле или спирте, чем в воде.

Растворимость различных веществ в одном и том же растворителе может быть различной. Кроме того, растворимость может сильно зависеть от температуры.

Таблица. Растворимость в воде некоторых веществ при различных температурах (в граммах на 100 мл)

Вещество	Температура, °С
0	18	100
Хлористое серебро	0,00006	0,00013	0,8
Углекислый литий	1,5	1,3
Азотнокислый калий	13	29	250
Хлористый натрий	35,5	36,0	39,6
»  литий	64	79	130
»  кальций	50	71	155
»  цинк	210	360	610

В большинстве случаев при повышении температуры растворимость повышается, причем нередко очень значительно (например, азотнокислый калий). Иногда изменение растворимости при нагревании невелико (хлористый натрий), а в редких случаях наблюдается даже уменьшение растворимости при нагревании (углекислый литий). Если насыщенный раствор азотнокислого калия или другого вещества, растворимость которого возрастает с температурой, охладить, то часть растворенного вещества выделится в виде твердого осадка.

При некоторых условиях (чистота раствора и посуды, осторожное охлаждение) иногда удатся получить растворы с концентрацией, превышающей предельную (пересыщенные растворы). Если в такой раствор бросить крупицу растворенного вещества, то сейчас же произойдет кристаллизация и концентрация раствора уменьшится до концентрации, соответствующей насыщению.

Список используемой литературы:

Физика: Учебное пособие для 10 классов с углубленным изучением физики. /, , и др. – Москва. Просвещение 1996г. Физика: Молекулярная физика. Термодинамика. 10 класс./, Синяков для углубленного изучения физики. Москва: Дрофа, 1998г. Пособие по физике. /С. Н.,Борисов, Корнеева . ВАКО, 2003г. Элементарный учебник физики: Учебное пособие. 3-х т./Под редакцией . - 10 издание. Москва. Главная редакция физико-математической литературы. 1985 г. Физика 10. Учебник. /, , . Москва. Просвещение 1995 г. Задачи по физике. /Под редакцией , . Москва. Главная редакция физ-мат. литературы 1992г. Сборник задач по физике. /под редакцией , . Москва. Просвещение. 1996г. 1001 задача по физике /, , . Илекса, гимназия. Москва-Харьков. 1997г.