ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Случайность и закономерность из "Оператор водоподготовки " При изучении свойств тел, состоящих из огромного числа отдельных частиц (молекул, атомов, ионов), находящихся в беспрестанном и хаотическом движении, получили широкое распространение за последнее столетие теория вероятностей и ее основной закон больших чисел. [c.8] Для иллюстрации значения теории вероятности и статистического закона больших чисел в процессах водо-приготовления рассмотрим наиболее часто встречающиеся процессы растворения в воде твердых и газообразных веществ. На рис. 0-2 изображен стакан с водой, на дне которого находятся кристаллы поваренной соли (ЫаС1). [c.8] Находящиеся в непрерывном движении молекулы воды при столкновении с кристалликами соли будут как бы срывать С их поверхности частицы хлористого натрия, состоящие из ионов хлора и натрия, которые, попав в воду, начнут беспорядочное движение подобно молекулам воды. При этом, однако, они будут стремиться распределиться равномерно во всем объеме воды. Это свойство вещества называется диффузией, и, поскольку оно тесно связано с процессом растворения, необходимо остановиться на нем несколько подробнее. [c.9] Диффузией называют свойство вещества распространяться в какой-либо среде, причем этот процесс происходит исключительно за счет теплового беспорядочного движения молекул среды. Представим себе, что непосредственно около дна стакана в результате растворения кристаллов хлористого натрия образовался некий слой воды, содержащий ионы хлора и натрия (подробно см. 1-3). Обозначим их условно точками, как это изображено на рис. 0-2. Как же будут вести себя эти ионы Ведь, как мы уже знаем, их движение, обусловленное беспорядочным движением молекул воды, будет таким же беспорядочным, и, следовательно, они будут продвигаться в воде в самых различных направлениях. Однако, как это ни может показаться на первый взгляд странным, несмотря на совершенно хаотическое движение ионов соли, будет происходить постепенное закономерное движение их вЕврх из мест с более высокой их концентрацией в места с более низкой концентрацией, пока, наконец, ионы соли не распространятся равномерно во всем объеме находящейся в стакане воды. [c.9] Согласно теории вероятности возможности продвижения частиц соли вниз или вверх от сечения а-а будут одинаковы в силу того, что каждую частицу соли окружает огромное количество молекул воды, ot которых она испытывает колоссальное число толчков как вверх, так и вниз. Но если все частицы соли, находящиеся в стакане воды около сечения а-а, будут с одинаковой вероятностью перемещаться как вверх, так и вниз от этого сечения, то именно поэтому частицы соли чаще будут пересекать сечение а-а снизу вверх, чем сверху вниз, поскольку ниже этого сечения концентрация частиц соли больше, чем над ним. Такое преимущественное перемещение вверх частиц соли будет происходить до тех пор, пока не наступит равномерное распределение их во всем объеме воды. [c.10] Одновременно с процессом растворения соли происходит обратный процесс ее кристаллизации, так как в результате беспорядочного движения частиц соли некоторые из них, находящиеся вблизи поверхности кристаллов соли, при столкновении с нею могут задерживаться на ней, восстанавливая таким образом частично разрушенный в результате процесса растворения кристалл. Очевидно, что такая возможность обратного процесса будет возрастать по мере повышения концентрации раствора. Но по мере того, как мы будем всыпать в наш стакан еще порции поваренной соли, наступит момент, когда растворение ее как бы прекратится, т. е. когда скорость обоих процессов (растворения и кристаллизации) выровняется. При этом в единицу времени будет приблизительно столько же молекул переходить в раствор, сколько их будет выделяться на кристаллах соли. Растворы, имеющие такую предельную концентрацию растворенного вещества, называют насыщенными растворами. При достижении такого состояния в нашем стакане наступит так называемое динамическое равновесие между твердой солью и ее насыщенным раствором в воде, в результате которого нам будет казаться, что процесс растворения прекратился. [c.10] Процесс диффузии в растворах протекает относительно медлетно, вследствие чего слой воды, непосредственно прилегающий к кристаллам соли, быстро становится насыщенным, после чего дальнейшее растворение происходит только по мере того, как из этого слоя диффундируют вверх растворенные молекулы соли. Таким образом, процесс растворения соли быстро спадает и протекает так же медленно, как и диффузия растворенных молекул соли. Поэтому в производственных условиях для ускорения растворения веществ прибегают к искусственному ускорению диффузии путем перемешивания растворов. [c.11] Растворение газов в воде происходит в основном аналогично растворению твердого тела с тем лишь отличием, что попадание в воду молекул газообразного вещества осуществляется в результате их беспорядочного движения над поверхностью воды, вследствие чего некоторые из них попадают непосредственно на поверхность воды и, подвергаясь действию притягательных сил молекул воды, втягиваются внутрь. Это втягивание молекул газа внутрь и является одним из существенных моментов процесса растворения газов в воде. [c.11] Дальнейшая судьба попавших в глубь воды молекул газа аналогична поведению растворенных молекул соли, т. е. они также испытывают различные столкновения с окружающими их молекулами воды и совершают также беспорядочные движения. Некоторые молекулы газа в результате этих движений между молекулами воды могут вновь очутиться на ее поверхности. При благоприятном движении такой молекулы газа по направлению к поверхности воды она может даже улететь из воды, или, очутившись на поверхности воды, эта молекула газа может освободиться в результате удачного толчка другой молекулы, в противном случае эта молекула газа вновь будет втянута в глубь воды. [c.11] Таким образом, если мы имеем воду и находящийся над ней какой-либо газ, например кислород, то -будут происходить одновременно два противоположных процесса проникновение молекул кислорода в воду, т. е. его растворение в воде, и обратный процесс — выделение молекул кислорода из воды. По мере того как количество растворенных в воде молекул кислорода будет возрастать, будет соответственно увеличиваться возможность для некоторых из них вырваться из воды. Наконец, наступит момент, когда количество попадающих в воду молекул кислорода станет приблизительно равным числу уходящих из воды молекул кислорода. Следовательно, наступит аналогично системе кристаллы соли — насыщенный раствор так называемое динамическое равновесие, при котором процесс растворения кислорода в воде хотя и будет продолжаться, но количество молекул кислорода в воде будет неизменным. [c.12] Однако имеется и существенное отличие между системой кристаллы соли — насыщенный раствор ее в воде и системой газ — раствор газа в воде . Если после установления динамического равновесия мы каким-либо путем увеличим количество молекул кислорода в единице объема пространства, находящегося над раствором, то количество молекул кислорода, попадающих в раствор, увеличится, в то время как количество молекул кислорода, вылетающих из него, остается пока еще тем же. Следовательно, динамическое равновесие нарушится и начнется дальнейшее растворение молекул кислорода, пока в результате увеличения количества их в воде не наступит новое динамическое равновесие, которое будет отличаться от первого тем, что количество растворенных в воде молекул кислорода увеличится. [c.12] мы установили связь между количеством кислорода в единице объема над раствором и растворимостью кислорода в воде. Но согласно молекулярно-кинетической теории давление газа на стенки сосуда, в котором он находится, прямо пропорционально числу молекул в единице объема. Отсюда можно сказать, что растворимость газа прямо пропорциональна его давлению. Эта связь между давлением газа и его растворимостью называется законом Генри — Дальтона. [c.12] При нагревании воды количество паров воды над ней начинает возрастать, за счет чего уменьшается количество остальных газов, а следовательно, уменьшается й их парциальное давление, вследствие чего растворимость остальных газов начинает уменьшаться. При температуре кипения над водой будет преобладать один газ — пары воды, т. е. парциальное давление других газов будет близким к нулю. Поэтому при кипении воды все растворенные в ней газы практически полностью удаляются. [c.13] Вернуться к основной статье