Оқулық Қазақстан Республикасының Білім және ғылым министрлігі оқулық ретінде бекіткен

 

24 

 

Графиктегі 

максимумге 

сәйкес  келетін  жылдамдық 

ықтималдылығы 

көп 

жылдамдық 

деп 

аталады. 

Берілген 

жағдайда 

ондай 

жылдамдықты 

молекулалар-

дың 

көп 

бөлігінен 

көре 

аламыз.  Оттек    үшін  ондай 

жылдамдық  0°С  температура-

сында 

376 

м/секқа 

тең. 

Температура  артқан  сайын 

максимум 

жылдамдықтың 

жоғары  жағына  (оңға  қарай) 

ығысады және молекулалардың жылдамдық бойынша таралуы тек 

температураға  байланысты  екен.  Сонымен  Максвелл  жасаған 

молекулалардың  жылдамдық  бойынша  таралу  заңын  былайша 

тұжырымдауға болады: барлық  молекулалар бірдей жылдамдықпен 

қозғалмайды,    температура  артқан  сайын  ықтималдылығы  көп 

жылдамдық өседі. 

Физикалық  химияда  Л.  Больцман  көрсеткен  молекулалардың 

энергия  бойынша  таралу  заңының  да  маңызы  өте  зор.  Ол  заң 

берілген  молекулалар  саны  және  олардың  энергиясының 

арасындағы  байланысты  көрсетеді.  Бұл  заң  бойынша  тепе-теңдік 

жүйедегі  энергиясы  Е  және  одан  көп  молекулалардың  үлесі 

Больцман факторына тең: 

                          N

ε

/N=е

-ε/Кт

 немесе М

ε

=М ∙ е

-ε/Кт

                              (21) 

Мұндағы N

ε

 - энергиясы Е және одан да көп молекулалардың саны, 

N – молекулалардың жалпы саны, К-Больцман тұрақтысы. 

Теңдеудің  (21)  алымын  да,  бөлімін  де  Авогадро  санына 

көбейткенде: 

                                              М

 

ε

 =М ∙ е

- ε /RТ

                                        (22) 

Мұндағы Е=N

А

∙ε

 

– бір моль газдың кинетикалық энергиясы. R – ол 

газдың универсал тұрақтысы. 

Реакция  кезінде  химиялық  әрекеттесу  кез  келген  соқтығысқан 

молекулалар  емес,  энергиясы  Е-ге  тең  және  одан  да  көп  болатын 

молекулалар  соқтығысқанда  ғана  жүреді.  Ондай  молекулаларды 

 

1.4-сурет. Молекулалардың  

жылдамдықтары бойынша таралуы 

 

 

25 

 

активті  (белсенді)  молекулалар,  ал  теңдеудегі  (22)  Е-ні  химиялық 

реакцияның активтену энергиясы деп атайды. 

 

2.4 Реал газдар 

Әр  түрлі  газдарды  тәжірибе  арқылы  зерттеулерден  алынған 

мәліметтер  идеал  газдардың  заңдарынан  ауытқитынын  көрсетті. 

Мысалы кез келген газ үшін Бойль-Мариотт заңы бойынша көлем 

мен қысымның көбейтіндісі берілген температурада тұрақты болуы 

керек.  (РV  =  К).  Алайда  азот  үшін  Р  =  1  атм  болғанда,  РV  =  100 

болса, Р = 430, 86 атм болғанда, Р = 125,96 болады екен, яғни көлем 

мен  қысымның  көбейтіндісі  тұрақты  емес  екен.  Реал  газдардың 

(ауаның)  Бойль-Мариотт  заңынан  ауытқуын  Ломоносов  та 

көрсеткен  болатын.  Тәжірибе  жүзінде  бұл  мәселені  Д.  М. 

Менделеев пен А. В. Реньо да қарастырды. 

Жоғарыда  айтылған  ауытқулар  неғұрлым  температура  төмен 

болған жағдайларда, ал қысым артқан сайын ол соғұрлым күштірек 

болады. Реал газдардың идеал газдар заңынан ауытқулары екі түрлі 

себептермен  болады:  олар  -  реал  газдарда  молекулалардың 

арасында  тартылу  және  тебілу  күштері  және  реал  газдар 

молекулаларының меншікті көлемі болатындықтан. 

Молекулалардың  өзара  тартылуының  нәтижесінде  олардың 

арақашықтықтары  азайып,  газдың  көлемі  кемиді.  Сол  Ван-дер-

Ваальс күшінің әсерінен болатын қысым ішкі қысым деп  аталады. 

Ол    тығыздықтың    квадратына    тура  пропорционал  болады,  яғни: 

Р=аd

2

,  мұндағы  а  –  берілген  газ  үшін  тұрақты  шама.  Газдың 

тығыздығы  оның  меншікті  көлеміне  кері  пропорционал:  d=1/  υ; 

ендеше Р=а/ υ

2

. Мұндағы υ – газдың меншікті көлемі. Сонымен, біз 

газдың реал күйінің теңдеуін былай жаза аламыз: 

                                         (Р+а/υ

 2

)(V -в)=пRТ                                    (23) 

Бұл теңдеуді (23) Ван-дер-Ваалъс теңдеуі деп атайды, мұндағы 

в-  молекуланың  көлеміне  байланысты  тұрақты  шама,  ол 

молекуланың меншікті көлемінен шамамен алғанда төрт есе аз, оны 

қысылмайтын көлем деп атайды. 

Төмендегі  кестеде  кейбір  газдар  үшін  а  мен  в  -ның  мәндері 

берілген: 

 

1.2-кесте. Кейбір газдар үшін а және в коэффициенттерінің мәндері 

 

ГАЗ  а м

3

/моль 

м

3

/моль 

ГАЗ 

а м

3

/моль 

м

3

/моль 

 

26 

 

Не 

25,5  ∙ 10

8

 

23,9   ∙ 10

-6

  О

2

 

1390  ∙ 10

8

 

31,9  ∙  10

-6

 

Н

2

 

248  ∙ 10

8

 

26,7   ∙ 10

-6

  CO

2

   3660  ∙ 10

8

 

42,8   ∙ 10

-6

 

N

2

 

1368  ∙ 10

8

  38,6   ∙ 10

-6

  Cl

2

 

6585  ∙ 10

8

 

56,210   ∙ 10

-6

 

CO 

1480  ∙ 10

8

  39,6   ∙ 10

-6

  H

2

O 

5521  ∙ 10

8

 

30,410   ∙ 10

-6

 

 

Бұл кестеден а мен в-ның мәндері әр түрлі газдар үшін олардың 

полярлығы  мен  массаларына  байланысты  көбірек  өзгеретіні 

байқалады. 

Газдардың  тығыздығы  азайған  сайын  реал  газ  күйінің  теңдеуі 

идеал газ күйінің теңдеуіне жуықтай түседі. 

Егер  қысымды  жоғарылатып,  температураны  төмендетсе, 

газдар  сұйық  күйге  көшеді.  1823  жылы  М.  Фарадей  хлор,  аммиак 

сияқты  газдарды  қысу  және  салқындату  арқылы  сұйықтыққа 

айналдырды.  Алайда  ол  кейбір  газдарды,  атап  айтқанда,  сутек, 

оттек,  көміртек  (II)  оксиді  азот  сияқты  газдарды  сұйылта  алмады. 

Сондықтан  ондай  газдар  (сұйықтыққа  айналдырылмайтын 

болғандықтан),  “тұрақты”  газдар  деп  аталды.  1860  жылы  Д.  И. 

Менделеев,  кейінірек  1869  жылы  Т.  Эндрьюс  кез  келген  газдың 

шектік  температурасы  болатынын,  одан  кейін  қандай  бір  үлкен 

қысым болса да оның сұйылмайтынын айтты. Ол температураны Д. 

И.  Менделеев  абсолюттік  қайнау  температурасы  десе,  Т.  Эндрьюс 

кризистік  (дағдарыстық)  температура  деп  атады.  Дағдарыстық 

температурадағы газдың сұйылтатын  қысым дағдарыстық қысым, 

ал оған сәйкес көлем дағдарыстық көлем деп аталады. 

Дағдарыстық  температура,  дағдарыстық  қысым  және  оларға 

сәйкес  дағдарыстық  көлем  жағдайларындағы  газды-газдың 

дағдарыстық жағдайы деп атайды. 

Кейбір  газдардың  дағдарыстық  константалары  1.3-кестеде 

көрсетілген: 

 

1.3-кесте 

 

Зат 

температура 

қысым,  н/м

3

 

Көлем, л 

H

2

 

-239,9 

12,97∙10

5

 

0,064 

N

2

 

-127 

33,93∙10

5

 

0,090 

О

2

 

-118,8 

50,35∙10

5

 

0,078 

СО

2

 

-31,3 

73,85∙10

5

 

0,094 

H

2

O 

-374,2 

0,056∙10

5

 

0,056 

Не 

-267,9 

2,7∙10

5

 

0,057 

 

1.5-суретте  тұрақты  температурадағы  реал  газдың  көлемі  мен 

қысымының  өзара  қисық  реал  байланысы  көрсетілген.  Бұл 

 

27 

 

байланысты көрсететін қисықтар реал газ күйінің изотермалары деп 

аталады. 

0°С  температурасы  сәйкес  келетін  изотерма  газды  қысқан 

сайын  өз  көлемін  азаятынын  көрсетеді.  Көлем  мен  қысымның 

мәндері а-ға жеткенде көлемді әрі азайту в нүктесіне дейін газдың 

қысымын  өзгертпейді.  Әрі  қарай  көлемнің  аздап  өзгеруінің  өзі-ақ 

қысымды  күрт  арттырып  жібереді.  Басқа  изотермада  да  осындай 

заңдылықтар байқалады, тек температура артқан сайын қысымның 

горизонтальдік  бөлігінің  ұзындығы  қысқара  береді,  яғни 

ав→а'в'→а"в"  деп,  31 

0

С  температурасында  тек  бір  нүкте  (К) 

болып,  ал  одан  жоғары  температураларда  изотерманың 

горизонтальдік  бөлігі  болмайды.  1.5-суреттегі  изотермалар  С(ІV) 

оксидінің  қысылу  кезіндегі  тәжірибелік  мәліметтер  бойынша 

салынған. 

Осы зерттеулер а, а', а" нүктелеріне сәйкес келетін қысым мен 

көлeмде газдың конденсациясының басталатынын көрсетті. 

Конденсациялау  процесі  кезінде  көлем  азаяды,  ал  көлемнің 

нүктелеріне  сәйкес  келетін  сұйықтық  қаныққан  сұйықтық  деп 

аталады. 

1.5-суреттегі 

К 

нүктесін 

дағдарыстық  нүкте  деп  атайды. 

Осы  нүктеге  сәйкес  келетін  қысым 

мен  көлемнің  де  дағдарыстық 

қысым (Р

К

) және дағдарыстық көлем 

(V

K

) болатыны жоғарыда баяндалды. 

Газдардың(Р

К

) 

және 

(V

К

)-сын 

анықтаудың  жанама  жолдарының 

бірі  Кальте  мен  Матиас  ұсынған 

түзу  сызықты  диаметр  ережесіне 

негізделген.  Ол  ереже  бойынша 

сұйықтық пен оның қаныққан буы бір-біріне байланысты болады: 

                                         

вm

a

d

d

d

c

2

/

                                      (24) 

Мұндағы 

d

 

–  орташа  тығыздық:  d

  с

  мен  d

δ

  сұйықтық  пен  оның 

қаныққан буының тығыздығы, а мен в -тұрақты шамалар. 

Тәжірибе  арқылы  әр  түрлі  температурада  d

  с

  мен  d

δ

  мәндерін 

анықтап  алып  d  мен  Т  арасындағы  тәуелділікті  график  түрінде 

салады.  Температура  артқан  сайын  сұйықтықтың  тығыздығы 

кемиді 

де, 

оның 

буының 

тығыздығы 

артады, 

ал 

Т

к

 

 

1.5-сурет. Реал газ  

теңдеуінің изотермасы 

 

 

28 

 

температурасында  олар  өзара  теңеседі.  Сұйықтық  пен  будың 

орташа 

тығыздығын 

сипаттайтын 

барлық 

нүктелер 

Т

к

 

температурасына сәйкес келетін  ОТ нүктесі арқылы өтетін түзудің 

(түзу  сызықты  диаметр)  бойында  жатады.  Осы  түзу  сызықты 

диаметрдің  ордината  өсімен  түзетін  кесіндісі  сандық  тығыздыққа 

сәйкес  келеді.  Олай  болса,  дағдарыстық  көлемді  былайша  табуға 

болады. υ

К

=М/ d

к

, Мұндағы М-газдың молекулалық массасы. 

Дағдарыстық  температураны  білудің  маңызы  өте  зор.  Д.  И. 

Менделеев  кейбір  газдардың  сұйылмауының  себебін  оларды 

сұйылту  кезіндегі  тәжірибелерде  газдардың  абсолюттік  қайнау 

температурасынан  жоғары  температурада  жүргізілуінен  деп 

түсіндірді.  Егер  тәжірибелер  ол  температурадан  төменгі 

температураларда жүрсе, газдарды сұйылтуға болады деп көрсетті. 

Шындығында 

кейінгі 

зерттеулер 

Менделеев 

пікірінің 

дұрыстығын  дәлелдеді.  Кейін  оттек,  азот,  сутек  сияқты  «тұрақты 

газдар» да сұйық күйінде алынды. 

1895  жылы  ауаны  сұйылтатын  алғашқы  қондырғы  іске 

қосылды.  Соңғы  кездерде  сұйылтылған  газдар  өндірісте  кең 

қолданыла  бастады.  Сұйық  оттек  қопарғыш  заттар  алу  үшін, 

авиация, 

металлургия 

т.б.  өндірістерде, 

ал  сұйық 

ауа 

лабораторияларда  төменгі  (-180°С-қа  дейінгі)  температуралар  алу 

үшін қолданылады.  Хлор,  аммиак сияқты  газдарды  сұйық  күйінде 

болаттан жасалған баллондарда сақтап тасымалдайды. 

 

3. Сұйықтықтар 

3.1 Сұйық күйіндегі заттардың жалпы сипаттамасы 

Сұйықтықтардың  кейбір  қасиеттері  газдардың,  ал  кейбір 

қасиеттері  қатты  денелердің  қасиеттеріне  ұқсас.  Төменгі 

температураларда  сұйықтық  қасиеттері  қатты  дене  қасиеттеріне 

жақындаса,  жоғары  температураларда  (әсіресе,  дағдарыстық 

температураларда)  газдардың  қасиеттеріне  жуықтай  түседі. 

Дағдарыстық  температурада  сұйықтықтың  газға  айналу  процесі, 

сондай-ақ кері процесс те болады. 

Көптеген  уақыт  бойы  сұйықтықты  бейберекет  орналасып 

қозғалатын  молекулалардан  тұрады  деп  есептеген.  Алайда  кейінгі 

кездегі ізденістер олардың ішкі құрылымының газ емес, тіпті қатты 

дененің ішкі құрылымынан да күрделірек екенін көрсетті. 

Газдарға  қарағанда  сұйықтықтардың  тығыздығы  көбірек  және 

мольдік  көлемдері  азырақ  болады.  Мысалы,  судын  көлемін  1%-ға 

 

29 

 

азайту  үшін  оған  200  атм  (203-10  н/м

3

  қысым  жұмсау  керек,  ал 

газдың көлемін 1%-ға азайту үшін көрсетілген қысымнан 20000 есе 

аз  қысым  жеткілікті.  Бұдан  сұйықтықтың  өте  аз  сығылатынын 

байқаймыз.  Қысым  артқан  сайын  сұйықтықтың  сығылуы 

бұрынғыдан да қиындай түседі. Көптеген сұйықтықтардың мольдік 

көлемі  аддитивтік  шама,  яғни  топтасқан  атомдық  көлемдердің 

қосындысына  тең.  Мысалы,  гексанның  С

6

Н

14

  мольдік  көлемі 

көмірсутектің  С  алты  атомдық  және  сутектің  он  төрт  атомдық 

көлемдерінің  қосындысына  тең.  Сұйықтықтардың  мольдік 

рефракциясы да - аддитивтік шама: 

                                  

M

Д

V

n

n

d

n

MM

n

R

1

1

2

1

2

2

2

2

                                      (25) 

Мұндағы  М-молекулалық  масса:  d-сұйықтықтың  тығыздығы:  V

M

  -

мольдік  көлем;  n-сыну  көрсеткіші;  Д  индексі  п-нің  (натрийдің)  Д 

сызығына (сары сызық) сәйкес келетінін көрсетеді. 

Сыну  көрсеткіштерін  тәжірибе  нәтижесі  бойынша  есептеген 

мәліметтерден  күрделі  органикалық  молекулалардың  құрылымы 

туралы  біраз  мәселелер  түсіндіріледі.  Мысалы,  сыну  көрсеткішін 

өлшеу  арқылы  май,  сыра,  арақ-шараптардың  сапасын  білуге,  қан, 

асқазан шырындарын талдауға болады. 

Сұйықтықтардың  сығылуының  өте  аз  болуы  олардың  ішкі 

қысымдарының  көп  болуына  байланысты.  Сұйықтықтың  ішкі 

қысымдарын  өлшеуге  болмайды,  оларды  сұйықтықтардың  сығылу 

көрсеткіштерін 

біле 

отырып 

есептеуге 

болады. 

Кейбір 

сұйықтықтардың  ішкі  қысымдары  мынадай:  H

2

О=14600атм  (15 

∙10

8

н/ м

2

), этил спирті  - 3900 атм (3,95∙10

8

  н/  м

2

),  бензол  -  380  атм 

(3,85∙10

7

 н/ м

2

), эфир - 270 атм (2,75∙10

7

 н/м

2

) және с.с. 

Сұйықтықтардың  ішкі  құрылымы  толық  зерттелмегендіктен, 

сұйық  зат күйінің жалпы теориясы осы уақытқа дейін жасалынған 

жоқ. 

Сұйықтықтардың  кейбір  қасиеттерін  алдын-ала  білу  немесе 

есептеу  өте  қиын.  Ал  газдар  мен  қатты  денелер  үшін  ондай 

есептеуді  жасауға  болады.  Сұйықтықтар  үшін  жалпы  теория 

жасаудың  қиындығын  сұйықтық  молекулаларының  әрекеттесуінің 

күрделілігімен түсіндіруге болады. 

Көптеген 

сұйықтықтардың 

молекулалары-полярлық 

молекулалар.  Ондай  сұйықтықтарда  полярлы  емес  молекулаларда 

болатын  молекула  аралық  әрекеттесуден  басқа,  молекулалар 

арасында 

дипольдік 

әрекеттесу 

де 

болады. 

Полярлық 

 

30 

 

молекулалардың  өзара  тартылуының  нәтижесінде  олар  комплекс 

(кешен)  түзеді.  Ондай  кешеннің  тұрақтылығы  температураға 

байланысты. 

Осындай 

кешендердің 

түзілуін 

ассоциация 

(шоғырлану, бірігу) деп атайды. Оларға су, спирттер, сұйық аммиак, 

ацетон,  т.б.  сұйықтықтар  жатады.  Сұйықтық  ассоциациясының 

дәрежесі сұйықтықтың әрқайсысы әр түрлі шамада екенін білдіреді. 

Күшті 

ассоциацияланған 

сұйықтықтың 

қасиеттері 

ассоциацияланбаған  сұйықтықтың  қасиеттерінен  өзгеше  болады. 

Мысалы,  ассоциацияланған  сұйықтықтың  сулану  жылуы  көп,  ал 

ұшқыштығы аз болады. 

Қатты денелердің көбінесе анизодиаметрлік қасиеттері болады, 

ал  сұйықтық  болса,  олар  аморфты  және  изотропты,  яғни 

сұйықтықтың  қасиеттері  бағытқа  тәуелді  болмайды.  Рентгендік 

талдау бойынша сұйықтық молекулаларының ультрамикроскоптық 

көлемде белгілі бір ретпен орналасатыны байқалған, ондай реттілік 

уақыт  және  кеңістік  бойынша өзгеріп  тұрады.  Бұндай құбылыстар 

шынылар  үшін  жоғары  температурада,  ал  су,  бензол,  сынап  және 

т.б. сұйықтық үшін бөлмелік температурада байқалады. 

Сұйықтықтың газдан өзгешелігінің бірі – оның бөлу беті, беттік 

энергиясы болады. 

Сұйықтықтың 

физикалық 

қасиеттерінің 

ішіндегі 

ең 

маңыздылары  –  беттік  керілу  (керіліс),  тұтқырлық  және  олардың 

қаныққан буларының қысымы. Енді сұйықтықтың осы қасиеттеріне 

тоқталайық. 

 

3.2 Беттік керілу 

Кез  келген  сұйықтық ішіндегі  және  бетіндегі  молекулалар  әр 

түрлі  жағдайда  орналасады.  Себебі  сұйықтықтың  көлеміндегі 

молекуланы  басқа  молекулалар  қоршап  тұрады  (1.6

а

  сурет), 

сондықтан  жан-жағындағы  тартылыс  күштері  бірдей  болады  (А 

жағдайы). Ал молекула бетке жақын немесе бетте орналасса, оның 

газ  (ауа)  молекулалары  тартылыс  күштерінен  сұйықтық 

молекулаларының  тартылыс  күштерінің  басым  болуынан  шешуші 

Р  күші  бетке  перпендикуляр  болып,  сұйықтық  ішіне  қарай  (Б-

жағдайы)  бағытталады  да,  беттегі  молекулаларды  ішке  тартуға 

тырысады.  Осы  күшті  ішкі  күш,  немесе  ішкі  қысым  деп  атайды. 

Сұйықтық  бетінің  бірлік  периметріне  әсер  ететін  ішкі  қысым 

беттік керілу деп аталады. Сұйықтықтың ішкі қысымы көп болса, 

оның  беттік  керілуі  де  көп  болады.  Беттік  керілу  сұйықтық 

 

31 

 

табиғатына  байланысты.  Беттік  керілуді  беттің  1  см

2

  жазықтықта 

жұмсалатын  жұмыспен  (энергиямен)  сипаттауға  бола  ды  (1.6

ә

-

сурет).  Ыдысты  қисайтқанда  механикалық  жұмыстан  басқа 

сұйықтықтың бетін көбейтуге де біраз энергия жұмсалады.  

 

 

жүктеу/скачать 3,84 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: