Переход конденсированное состояние – пар (и обратно)

В конденсированном состоянии молекулы находятся в глубоких потенциальных ямах, созданных для них ближайшими соседками. Каждая ближайшая к выбранной молекуле соседка создает для неё «яму» глубиной U₀. Молекулы, окруженные соседками со всех сторон (в объеме вещества), находятся в «яме» глубиной 6U₀ – 12U₀. Молекулы, живущие на поверхности раздела конденсированного вещества и его пара, находятся в потенциальных энергетических ямах меньшей глубины, поскольку для них число ближайших соседок меньше. Подробно поверхностные явления разбираются в соответствующем разделе, а сейчас нас интересует, как молекулы могут выбираться из глубоких потенциальных энергетических ям и переходить в коллектив молекул, живущих в состоянии пара над конденсированным телом.

Молярная теплота испарения L вещества – это та энергия, которая требуется, чтобы «вынуть» из потенциальных ям все молекулы и совершить работу RT против сил внешнего давления. Именно эта величина приводится в справочниках. Средняя кинетическая энергия теплового хаотического движения молекул, связанная с поступательными движениями молекул, пропорциональна температуре 3RT/2. Отношение (L – RT)/(3RT/2) показывает, во сколько газ глубина потенциальной ямы больше, чем средняя энергия теплового поступательного движения молекулы. Например, для воды при температуре 373К это отношение равно 8,1.

Чтобы покинуть своих соседок, молекуле требуется накопить, а лучше сказать позаимствовать у своих соседок дополнительную энергию. В случае воды молекула должна испытать последовательно 8 – 9 удачных столкновений с соседками. Вероятность такого стечения обстоятельств для каждой молекулы весьма мала, но молекул на поверхности очень много, поэтому процесс испарения идет заметными темпами. Повышение температуры приводит к уменьшению необходимого числа удачных столкновений. Это приводит к увеличению вероятности для каждой молекулы собрать «нужную сумму для поездки за границу». Скорость испарения молекул при повышении температуры очень быстро возрастает.

«Выезд за границу» части молекул сопровождается уменьшением энергии теплового движения у молекул, оставшихся «на родине».

Если конденсированное вещество находится в закрытом сосуде с жесткими стенками, то происходит накопление молекул в объеме над поверхностью конденсированного тела (вне его). Молекулы, сталкиваясь друг с другом, со стенками и хаотически меняя направление движения, неизбежно вновь сталкиваются с молекулами на поверхности конденсированного тела. После такого столкновения молекула может либо отскочить и вновь вернуться в объем, занятый паром, либо при «неудачном» для этой молекулы столкновении раздать свою избыточную энергию, взятую когда-то в долг у соседей, и вернуться к оседлой жизни в родном коллективе. Вероятности отскока молекулы от поверхности после удара и прилипания к ней практически не зависят от температуры. Эксперименты с водой показывают, что вероятность отскока примерно в 100 раз больше вероятности прилипания. Для других веществ это отношение может быть другим. При тепловом равновесии достигается состояние динамического равновесия, при котором количество молекул, покидающих поверхность конденсированного тела в единицу времени, равно количеству молекул, возвращающихся обратно из состояния пара в конденсированное состояние. Над поверхностью конденсированного тела находится насыщенный пар. Концентрация молекул в нём зависит от температуры и от кривизны поверхности, отделяющей пар от конденсированного вещества.

Дата добавления: 2014-11-20; просмотров: 187; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!