Файл: Карюхина Т.А. Химия воды и микробиология учебник.pdf

Под числом степеней свободы понимают число неза­ висимых переменных (температура, давление, концентра­ ция компонентов), определяющих термодинамическое со­ стояние равновесия системы. Значение этих переменных можно в известных пределах произвольно изменять, не изменяя числа фаз в системе.

По числу степеней свободы системы называют нонвариантными (или инвариантными), у которых число степеней свободы равно нулю, моновариантными — с одной степенью свободы, бивариантными — с двумя и

т.д.

В1876 г. Гиббсом было сформулировано правило фаз, которое охватывает все случаи равновесия систем, как гомогенных, так и гетерогенных.

Правило фаз гласит: «число степеней свободы f рав­ новесной термодинамической системы, на которую из внешних факторов влияют только давление и темпера­ тура, равно числу компонентов системы п плюс два минус число фаз /г», т. е.

ления областей существования различных фаз в зависи­ мости от внешних условий.

Диаграмма состояния воды—система с одним компо­ нентом ИгО. В такой системе одновременно могут нахо­ диться в равновесии три фазы — жидкость, лед, пар. Чи­

Кривые на рис. 2 показывают взаимную зависимость' давления и температуры, при которых сосуществуют две фазы. Двухфазные системы обладают одной степенью свободы, и произвольно может изменяться лишь один из переменных параметров, а другой изменяется в зави­ симости от первого. Так, жидкая вода и пар могут на­ ходиться в равновесии при различных температурах (кривая АН). Каждой из этих температур соответствует

9

нии температуры растворимость газов в воде уменьша­ ется. Ниже приведены данные по растворимости в воде (при атмосферном давлении) кислорода — важнейшего элемента для всех жизненных процессов в водоемах и сооружениях по очистке загрязненных вод.

Из неорганических веществ в воде растворимы очень многие соли, кислоты и основания. Из органических ве­ ществ растворимы лишь те, в молекулах которых поляр­ ные группы составляют значительную часть (многие спирты, амины, органические кислоты, сахара и т. д.).

Существует несколько способов выражения концентрации рас­ творов:

1) числом граммов растворенного вещества в определенном ве­ совом количестве или в объеме раствора или растворителя (за меру весового • количества обычно принимают 100 или 1000 г, а за меру объема —100 мл или 1 л);

2)числом молей растворенного вещества в определенном весо­ вом количестве или в объеме раствора или растворителя;

3)отношением числа молей растворенного вещества к общему числу молей всех входящих в состав раствора веществ (молярная

В растворах, полученных путем смешения двух жидкостей, кон­ центрация может быть выражена также в объемных процентах, т. е. числом объемов данной жидкости, содержащихся в 100 (или в 1000) объемах раствора.

Раствор, содержащий в 1 л 1 моль растворенного вещества, на­ зывается молярным, а содержащий 1 г-же — нормальным или однонормальным. Раствор, содержащий 1 моль вещества в 1000 г рас­ творителя, называется моляльным.

При характеристике природных, питьевых и сточных вод чаще всего концентрацию веществ выражают по способам 1 и 2, но весовое количество примесей обычно определяют не в граммах, а в милли­

где N — эквивалентный вес.

11

§ 4. Электролитическая диссоциация воды

Химически чистая вода обладает электропро­ водностью, так как она способна в очень незначительной степени диссоциировать с образованием ионов гидрок­

12