§ 301. Насыщение пара при возгонке. Мы уже говорили (§ 288), что все твердые тела в той или иной мере испаряются. В этом случае тоже можно рассматривать равновесие системы твердое тело — пар, т. е. говорить о насыщении. Например, нафталин, помещенный в плотно закупоренной банке, находится в равновесии со своим паром; при комнатной температуре давление насыщенного пара нафталина — около 0,05 мм рт. ст. У многих твердых веществ давление насыщенного пара при комнатной температуре неизмеримо мало и только при высоких температурах достигает заметных значений. У вольфрама, из которого делаются волоски электрических ламп накаливания, давление пара даже при накале до 2200°С достигает лишь 3•10-7 мм рт ст.
Если вещество при некоторой температуре может существовать и в виде кристаллов и в виде переохлажденной жидкости (§ 270), то давление пара вблизи переохлажденной жидкости всегда больше, чем вблизи кристалла. Это легко понять. Внутренняя энергия кристалла всегда меньше энергии такого же количества расплава, взятого при той же температуре. Поэтому разность между внутренней энергией пара и кристалла больше, чем разность между внутренней энергией пара и переохлажденной жидкости. По этой причине число молекул в кристалле, кинетическая энергия которых достаточна для вылета за пределы его, очевидно, меньше числа молекул в переохлажденной жидкости, которые могут вылететь за ее пределы, В результате давление пара вбли-
550
зи переохлажденной жидкости будет больше давления вблизи кристаллов той же температуры.
Наиболее важный пример этого представляет вода. В табл. 21 приведены значения давления насыщенного пара над переохлажденной водой и над льдом; из таблицы видно, что разность этих давлений растет по мере понижения температуры. Наличие разности давлений связано с неустойчивостью системы, очень часто имеющейся в атмосфере: капель переохлажденной воды и кристалликов льда. Водяной пар диффундирует от места, где его давление велико (т. е. от капель переохлажденной воды), к месту, где его давление мало (к кристалликам льда). Вследствие этого капли испаряются и уменьшаются в размерах, а льдинки растут. Мы возвратимся к этому вопросу в гл. XVIII.
Таблица 21. Давление насыщенного пара над переохлажденной водой и над льдом (в мм рт. ст.)
§ 302. Превращение газа в жидкость. Мы уже знаем, что все жидкие тела могут испаряться. Одни жидкости при данной температуре испаряются быстро, другие — медленно. При этом они превращаются в пар, т. е. переходят в газообразное состояние. Естественно поставить вопрос, можно ли газ превратить в жидкость? Каким путем можно этого достигнуть?
Если мы имеем ненасыщенный пар воды или эфира и будем сжимать их, то сначала их давление будет увеличиваться, подобно тому как это имеет место для обычных газов. Однако увеличение давления будет происходить только до тех пор, пока давление не достигнет давления насыщенного пара при температуре опыта. После этого оно уже не будет больше расти, а пар начнет конденсироваться в жидкость. Объем, в котором производится сжатие, уже не будет заполнен однородным веществом — газом: появится граница между веществом в двух состояниях — жидком и газообразном. далее