Характеристика непрерывных систем

Системы с непрерывным изменением свойств и состава называются непрерывными. Они занимают особое положение, отличаясь как от гомогенных систем, в которых состав и свойства во всех точках одинаковы, так и от гетерогенных систем, в которых свойства изменяются скачкообразно при переходе от одной фазы к другой.

В качестве примера непрерывной системы можно было бы привести газ, заключенный в длинный вертикально установленный на земной поверхности цилиндр. Если высота газа в таком цилиндре будет составлять десятки метров, то можно легко обнаружить изменение давления с высотой. Например, давление кислорода при нормальной температуре (298 К) уменьшается на высоте, близкой к 4 км, почти в два раза. Таким образом, земную атмосферу можно считать системой, приближающейся к непрерывной. Вблизи заряженной поверхности в растворе, содержащем ионы, образуется непрерывная система, напоминающая земную атмосферу. Ее называют «ионной атмосферой». В центробежном поле наблюдается непрерывное распределение по высоте макромолекул.

Вышеприведенные примеры показывают, что непрерывные системы образуются в поле внешних сил. При исчезновении внешнего поля диффузионные процессы приводят к выравниванию концентраций в системе и она становится однородной.

Каждая точка системы, находящейся в поле действия внешних сил, характеризуется потенциалом внешнего поля или просто потенциалом. Поверхность, на которой расположены точки с одинаковым значением потенциала, называется эквипотенциальной поверхностью. Перемещение dn моль вещества из точки, в которой потенциал равен Y₁, в точку с потенциалом Y₂ сопровождается работой, равной

, (10 - 1)

где l - фактор количества вещества (его также называют фактором массы и коэффициентом количества вещества или массы).

Приведем несколько примеров, поясняющих применение величин, входящих в уравнение (10 - 1).

Если система находится в поле силы тяжести, то потенциал в точке, находящейся на высоте h_i, равен

,

где g - ускорение силы тяжести, а фактор количества вещества составит

,

где М - молярная масса вещества.

Делитель 1000 вводится в связи с тем, что молярная масса выражается г/моль, а масса в системе СИ выражается в килограммах.

Работа по перемещению dn моль вещества из точки (1) в точку (2) составит

.

Если система совершает несколько типов работ, то

. (10 - 2)

В уравнении (10 - 2) потенциалы определяют разные виды работы (i) и относятся к точкам (1) и (2).