Файл: Болдырев, А. И. Физическая и коллоидная химия учеб. пособие.pdf

Помимо парциального давления, для газовых смесей различают парциальный объем каждого из газов vu v2, v3и т. д. Парциальный объ­ ем — это объем, который занимал бы отдельный газ, входящий в состав смеси идеальных газов, если бы при том же количестве он имел давление

и температуру смеси.

Сумма парциальных объемов всех идеальных газов, входящих в смесь, равна общему объему смеси:

Vобщ== V 1 + ^2 4* ^3 + • • • + vn •

Состав газовых смесей обычно выражают в весовых и объемных про­ центах, а также в мольных долях и мольных процентах.

Выражение состава газовых смесей в объемных процентах широко применяется в газовом анализе.

Мольная доля показывает, какую часть от общего числа молей сме­ си составляет данный газ. Рассмотрим это на конкретном примере. Предположим, газовая смесь состоит из трех газов, взятых в количест­

Не трудно догадаться, что сумма мольных долей всех газов, входя­ щих в данную смесь, всегда равна единице, т. е.

Мольный процент данного газа в смеси равен мольной его доле, увеличенной в 100 раз.

Если разделить почленно приведенные выше уравнения для пар­ циальных давлений газов рг, р2 и р 3 на уравнение (1,34), то получим:

Таким образом, парциальное давление любого компонента газовой смеси равно мольной доле его в смеси, умноженной на общее давление смеси.

§ 6. Воздушный режим почвы

Воздух в почве является ее составной частью, занимая все поры, неза­ нятые водой. Содержание воздуха в почве подвержено постоянным колебаниям, так как оно зависит от влажности и пористости почвы и может варьировать

— 28 —

Т а б л и ц а 4

Состав атмосферного воздуха и воздуха в почве (об. %)

*Азот -+■ aprf Н.

впределах 25—80 об. %. Состав воздуха в почве может значительно отличаться от атмосферного, что хорошо подтверждается данными табл. 4.

Из этой таблицы видно, что основными компонентами воздуха почвы явля­ ются азот, кислород, аргон и двуокись углерода. Как правило, в почве содержится меньше кислорода и больше С02. Азот иногда подвергается изменениям — свя­ зывается за счет микробиологических процессов, протекающих в почве. Воздух в затопляемых рисовых почвах, а также в болотных и заболоченных почвах, по­ мимо вышерассмотренных компонентов, может в заметных количествах содержать газообразные продукты анаэробного разложения: метан (СН4), водород (Н2), аммиак (NHa) и некоторые другие.

Опыт показывает, что из всех газов наибольшее значение для жизнедеятель­ ности населяющих почву микроорганизмов имеют кислород и углекислый газ. Потребителями кислорода в почве являются не только микроорганизмы, но и кор­ ни растений и все животное население почвы. Причем не исключено участие кис­ лорода в некоторых химических реакциях, протекающих в почвах. Накопление С02 в, почве может-происходить за счет биологических процессов (разложение органического вещества), в результате химического разложения карбонатов, а также из грунтовых вод. Соотношение между кислородом и С02 в конечном ито­ ге зависит не только от скорости потребления и продуцирования этих газов в поч­ ве, но и от скорости газообмена между почвенным и атмосферным воздухом. Ско­ рость же газообмена почвы зависит от изменения температуры, барометрического давления, влияния ветра, изменения уровня грунтовых вод и влажности почвы, а также от скорости диффузии газа в порах почвы.

Содержание кислорода и углекислого газа в почвенном воздухе оказывает разностороннее воздействие на свойства почвы и прямо или косвенно влияет иа урожай сельскохозяйственных культур.

При недостатке кислорода ослабляется дыхание растений, что отрицательно сказывается на урожае. Кроме того, при недостатке его в почве развиваются вос­ становительные анаэробные процессы, приводящие в ряде случаев к накоплению таких токсичных для растений продуктов, как метан и сероводород. Опыт пока­ зывает, что при отсутствии в почве свободного кислорода прекращается развитие любых растений. Наиболее благоприятные условия создаются для растений в том случае, если содержание кислорода в почве составляет около 20%. При таком содержании кислорода семена прорастают своевременно и дружно.

С02 оказывает большое влияние на различные свойства почвы, хотя повы­ шенная концентрация его в почве отрицательно сказывается на урожае расте­ ний. Примерно от 40 до 70% всего количества С02, которое растение усваивает при фотосинтезе, доставляется из почвы. Обогащение приземного слоя почвы ССК в дневные часы положительно сказывается не только на интенсивности процес­ сов фотосинтеза, но и на урожае растений. Поэтому необходимо проводить спе­ циальные мероприятия, направленные иа активное образование С02 в почве.

Углекислый газ, растворяясь в почвенном растворе, оказывает значительное влияние на изменение минеральной части почвы. В таком растворе соединения CaC03, MgC03, FeC03 и др. обладают большей растворимостью, чем в чистой воде.

— 29 —

Особенно важно уметь создать оптимальный воздушный режим в районах временного избыточного увлажнения почв. В них из-за преобладания восстанови­ тельных процессов практически весь кислород оказывается связанным, в силу чего растения испытывают в нем острый недостаток. Основная задача, которая неизменно стоит перед агрономами, — это усиление доступа воздуха, а следова­ тельно, и кислорода в почву, проветривание и подсушивание ее. Для этой цели применяется зяблевая вспашка, дренаж и другие агротехнические и мелиоратив­

ные приемы.

Таким образом, создание оптимального воздушного режима в сочетании с дру­ гими благоприятными факторами жизни растений является необходимым усло­ вием для получения максимально высоких урожаев сельскохозяйственных культур.

ТВЕРДОЕ АГРЕГАТНОЕ СОСТОЯНИЕ

§ 7. Признаки твердого состояния

Как известно, при достаточно низкой температуре все вещества переходят в твердое состояние. При этом скорость движения атомов, молекул или ионов, из которых состоит данное вещество, настолько уменьшается, что силы взаимного притяжения, силы сцепления между ними становятся соизмеримыми с силами отталкивания. Тело в резуль­ тате этого приобретает определенную форму, которая не изменяется. Кроме того, твердые вещества обладают способностью восстанавливать прежнюю форму после снятия действия сил, направленных на ее изме­ нение, т. е. для твердых веществ характерно явление деформации. По способности к дeiфopмaции все твердые тела подразделяются на

упругие, пластичные и хрупкие.

Частицы твердых тел настолько прочно связаны друг с другом си­ лами взаимного притяжения, что для них исключается поступательное движение и имеет место лишь колебательное движение около опреде­ ленных точек. Под действием внешних сил эти частицы могут несколь­ ко смещаться из своего первоначального положения, но при снятии на­ грузки они вновь возвращаются в него обратно. Таким образом, для всякого твердого вещества характерна не только собственная форма, но и способность к деформации.

Твердые тела обычно подразделяют на кристаллические и аморфные. Кристаллические вещества имеют четкую внутреннюю структуру, обусловленную правильным расположением частиц в строго опреде­ ленном периодически повторяющемся порядке. Кроме того, для каждо­ го твердого кристаллическоготела существует строго постоянная точ­

ка (температура) плавления.

Для кристаллических тел весьма характерно явление анизотропии, сущность которого состоит в том, что кристалл в различных направле­ ниях обладает неодинаковыми свойствами. Такие свойства, как тепло- и электропроводность, механическая прочность, коэффициент теплово­ го расширения, скорость растворения и другие свойства в различных направлениях кристалла различны. Например, слюда сравнительно легко разделяется на пластинки только в одном направлении (парал­ лельно поверхности), в других же направлениях разрушение слюды тре­ бует гораздо больших усилий. Если из какого-то кристалла (не куби­

- 30 -

ческой формы) выточить' шар, а затем его нагреть, то шар изменит свою форму и превратится в эллипсоид. Изменение внешней формы тела в данном случае произойдет потому, что коэффициент линейного расши­ рения по различным направлениям кристалла не одинаков.

Аморфные вещества в отличие от кристаллических не имеют ясно выраженного порядка во взаимном расположении слагающих их час­ тиц (рис. 9). Кроме того, аморфные тела изотропны, т. е. их свойства совершенно одинаковы по всем направлениям внутри тела. Эти вещест­ ва не имеют постоянной температуры плавления. При нагревании они сначала размягчаются в определенном интервале температур, затем, постепенно уменьшая свою вязкость, переходят в жидкотекучее состо-

яние. При охлаждении эти расплавы вновь могут перейти в твердое со­ стояние без образования кристаллической структуры. На рис. 10 приведены кривые нагревания аморфного (/) и кристаллического (2) вещества.

Аморфные вещества по структуре аналогичны жидкостям и отли­ чаются от них лишь весьма малой подвижностью своих частиц. Поэто­ му аморфные вещества рассматривают как переохлажденные жид­ кости. Из-за большого внутреннего трения* переход их в кристалли­ ческое состояние сильно затруднен.

Однако резко противопоставлять аморфные тела кристаллическим не следует, так как многие вещества можно получить как в кристалли­ ческом, так и в аморфном состоянии. Например, кварц Si02 существу­ ет в природе в кристаллическом (горный хрусталь) и аморфном состо­ янии (опал). Кроме того, современные рентгенографические и электро­ нографические исследования показали, что во многих телах, которые раньше считали аморфными (например, аморфные формы кварца или углерода), расположение атомов не является вполне хаотичным. Они содержат мельчайшие зародыши кристаллов размерами 10~в—10~7 см.

* В 1013—К)14 раз больше, чем у воды, и в миллиарды раз больше, чем у гли­ церина.

— 31 —