Диффузия водорода
(17 баллов): Жесткий вертикальный цилиндрический сосуд с гладкими стенками разделен на две части горизонтальным поршнем. В некоторый момент времени поршень покоился, и при этом под ним находилось моля азота, а над ним - моль водорода, а расстояния от поршня до «дна» и до «потолка» сосуда были одинаковы и равны см. Однако в дальнейшем поршень плавно перемещается из-за того, что молекулы водорода способны медленно диффундировать сквозь него (диффузия молекул азота пренебрежимо мала). Куда и на какое расстояние сместится поршень за очень большое время? Температура содержимого сосуда все это время поддерживается постоянной.
Ответ
Возможное решение: В начальный момент вес поршня уравновешивался разностью давлений азота и водорода:
Из-за диффузии водорода поршень начнет смещаться вверх, где количество газа уменьшается. Пусть - расстояние, на которое он сместится, а - количество молей водорода, перешедших в нижнюю половину. Тогда, с одной стороны, концентрации водорода должны выровняться:
а с другой (в соответствии с условием равновесия поршня)