Fazy i ich przemiany

Podobne dokumenty
Fazy i ich przemiany

Fazy i ich przemiany

chemia wykład 3 Przemiany fazowe

WYKŁAD 7. Diagramy fazowe Dwuskładnikowe układy doskonałe

Wykład 2. Anna Ptaszek. 7 października Katedra Inżynierii i Aparatury Przemysłu Spożywczego. Chemia fizyczna - wykład 2. Anna Ptaszek 1 / 1

Wykład 1-4. Anna Ptaszek. 6 września Katedra Inżynierii i Aparatury Przemysłu Spożywczego. Fizykochemia biopolimerów - wykład 1-4.

Właściwości koligatywne

Wykład 1. Anna Ptaszek. 5 października Katedra Inżynierii i Aparatury Przemysłu Spożywczego. Chemia fizyczna - wykład 1. Anna Ptaszek 1 / 36

Wykład 3. Fizykochemia biopolimerów- wykład 3. Anna Ptaszek. 30 października Katedra Inżynierii i Aparatury Przemysłu Spożywczego

Warunki izochoryczno-izotermiczne

ROZTWORY. Mieszaniny heterogeniczne homogeniczne Roztwory - jednorodne mieszaniny dwóch lub wi cej składników gazowe ciekłe stałe

Seminarium 4 Obliczenia z wykorzystaniem przekształcania wzorów fizykochemicznych

Ćwiczenia 12 Zadanie 12.4D

Czy równowaga jest procesem korzystnym? dr hab. prof. nadzw. Małgorzata Jóźwiak

prof. dr hab. Małgorzata Jóźwiak

Jak mierzyć i jak liczyć efekty cieplne reakcji?

Jak mierzyć i jak liczyć efekty cieplne reakcji?

Równowagi fazowe. Zakład Chemii Medycznej Pomorski Uniwersytet Medyczny

Układ Otoczenie Faza układu Składnik układu Układ dyspersyjny

Prowadzący. telefon PK: Pokój 210A (Katedra Biotechnologii i Chemii Fizycznej C-5)

Woda w organizmie człowieka. Właściwości koligatywne roztworów. Zakład Chemii Medycznej Pomorskiego Uniwersytetu Medycznego

Wykład 6. Klasyfikacja przemian fazowych

Materiał powtórzeniowy do sprawdzianu - roztwory i sposoby wyrażania stężeń roztworów, rozcieńczanie i zatężanie roztworów, zadania z rozwiązaniami

relacje ilościowe ( masowe,objętościowe i molowe ) dotyczące połączeń 1. pierwiastków w związkach chemicznych 2. związków chemicznych w reakcjach

Inżynieria materiałowa: wykorzystywanie praw termodynamiki a czasem... walka z termodynamiką

Termochemia elementy termodynamiki

Wykład 10 Równowaga chemiczna

Wykład 3. Diagramy fazowe P-v-T dla substancji czystych w trzech stanach. skupienia. skupienia

Roztwory. Homogeniczne jednorodne (jedno-fazowe) mieszaniny dwóch lub więcej składników.

Chemia fizyczna/ termodynamika, 2015/16, zadania do kol. 2, zadanie nr 1 1

Wykład 7. Anna Ptaszek. 13 września Katedra Inżynierii i Aparatury Przemysłu Spożywczego. Fizykochemia biopolimerów - wykład 7.

Wykład 4. Przypomnienie z poprzedniego wykładu

powierzchnia rozdziału - dwie fazy ciekłe - jedna faza gazowa - dwa składniki

Chemia fizyczna. Równowagi fazowe. Zakład Chemii Medycznej Pomorski Uniwersytet Medyczny

Diagramy fazowe graficzna reprezentacja warunków równowagi

Laboratorium z chemii fizycznej. Zakres zagadnień na kolokwia

INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

Wykład 8B. Układy o ograniczonej mieszalności

Zadanie: 1 (1pkt) Zadanie: 2 (1 pkt)

Inżynieria materiałowa: wykorzystywanie praw termodynamiki a czasem... walka z termodynamiką

Podstawy termodynamiki.

Przedmiot: Chemia budowlana Zakład Materiałoznawstwa i Technologii Betonu

CHEMIA I GIMNAZJUM WYMAGANIA PODSTAWOWE

Spis treści. Ciśnienie osmotyczne. Mechanizm powstawania ciśnienia osmotycznego

Ćwiczenie 2: Właściwości osmotyczne koloidalnych roztworów biopolimerów.

Roztwory rzeczywiste (1)

Roztwory rzeczywiste (1)

Modelowanie w ochronie środowiska

Zagadnienia do pracy klasowej: Kinetyka, równowaga, termochemia, chemia roztworów wodnych

Mieszaniny substancji

Seria 2, ćwiczenia do wykładu Od eksperymentu do poznania materii

ZAMRAŻANIE PODSTAWY CZ.1

I piętro p. 131 A, 138

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego

VI Podkarpacki Konkurs Chemiczny 2013/2014

Ćwiczenia audytoryjne z Chemii fizycznej 1 Zalecane zadania kolokwium 1. (2018/19)

11) Stan energetyczny elektronu w atomie kwantowanym jest zespołem : a dwóch liczb kwantowych b + czterech liczb kwantowych c nie jest kwantowany

Prawa gazowe- Tomasz Żabierek

Wykład 5. przemysłu spożywczego- wykład 5

Chemia - laboratorium

Mieszaniny substancji

IX Podkarpacki Konkurs Chemiczny 2016/2017. ETAP I r. Godz Zadanie 1 (11 pkt)

Informacja do zadań Woda morska zawiera średnio 3,5% soli.

Obliczenia chemiczne. Zakład Chemii Medycznej Pomorski Uniwersytet Medyczny

ROZTWORY. Podział rozpuszczalników 1) nieorganiczne 2) organiczne ze względu na względną stałą dielektryczną (ε) 1) polarne 2) niepolarne 4,72 CN

CHEMIA klasa 1 Wymagania programowe na poszczególne oceny do Programu nauczania chemii w gimnazjum. Chemia Nowej Ery.

2. Procenty i stężenia procentowe

Równanie gazu doskonałego

SZYBKOŚĆ REAKCJI CHEMICZNYCH. RÓWNOWAGA CHEMICZNA

Instrukcja dla uczestnika

I. Właściwości wody: II. Stany skupienia wody. Na dnie zbiornika wodnego jest zawsze temperatura 4 O C (największa gęstość wody).

(1) Równanie stanu gazu doskonałego. I zasada termodynamiki: ciepło, praca.

TERMODYNAMIKA I TERMOCHEMIA

1. Stechiometria 1.1. Obliczenia składu substancji na podstawie wzoru

Inżynieria materiałowa: wykorzystywanie praw termodynamiki a czasem... walka z termodynamiką

Zagadnienia. Budowa atomu a. rozmieszczenie elektronów na orbitalach Z = 1-40; I

VIII Podkarpacki Konkurs Chemiczny 2015/2016

Kalorymetria. 1. I zasada termodynamiki, Prawo Hessa, Prawo Kirchhoffa (graficzna interpretacja), ciepło właściwe, termodynamiczne funkcje stanu.

Wykład 8. Równowaga fazowa Roztwory rzeczywiste

BADANIE RÓWNOWAG FAZOWYCH W UKŁADACH TRZECH CIECZY

PODSTAWY CHEMII INŻYNIERIA BIOMEDYCZNA. Wykład 2

CHEMIA FIZYCZNA ZTiM

GAZ DOSKONAŁY. Brak oddziaływań między cząsteczkami z wyjątkiem zderzeń idealnie sprężystych.

Prężność pary nad roztworem

Zadania pochodzą ze zbioru zadań P.W. Atkins, C.A. Trapp, M.P. Cady, C. Giunta, CHEMIA FIZYCZNA Zbiór zadań z rozwiązaniami, PWN, Warszawa 2001

Roztwory. Homogeniczne jednorodne (jedno-fazowe) mieszaniny dwóch lub więcej składników.

Ekstrakcja. Seminarium 7. 23/11/2015

Termodynamika równowag fazowych w układach dwuskładnikowych

Równowaga fazowa. Przykładowo: 1. H 2 O (c) w mieszaninie H 2 O (c) + H 2 O (s) 2. mieszanina opiłek żelaza i sproszkowanej siarki

Równowagi w roztworach wodnych

CIEPLNE I MECHANICZNE WŁASNOŚCI CIAŁ

Ćwiczenie VII: RÓWNOWAGA W UKŁADZIE DWUSKŁADNIKOWYM CIAŁO STAŁE CIECZ

Odwracalność przemiany chemicznej

Analiza termiczna Krzywe stygnięcia

Równowagi w roztworach wodnych

Substancje i ich właściwości

Cz. III Roztwory i sposoby wyrażania stężeń roztworów, iloczyn rozpuszczalności

Chemia klasa VII Wymagania edukacyjne na poszczególne oceny Semestr II

Ćwiczenie IX KATALITYCZNY ROZKŁAD WODY UTLENIONEJ

Powtórzenie wiadomości z kl. I

Transkrypt:

Układy i fazy Fazy i ich przemiany Co to jest faza? 1. Faza to forma występowania materii jednolita w całej objętości pod względem składu chemicznego właściwości fizycznych (Atkins) 2. Faza to część układu oddzielona od niego wyraźnymi granicami, która opisywana jest jednym równaniem stanu (Gumiński). Jakie są rodzaje faz? ciało stałe,,, para Dlaczego dochodzi do zmiany faz? Fazy przechodzą jedna w drugą w sposób samorzutny, jeżeli S>0 lub G<0. Przemiany takie nazywamy przejściami fazowymi ciało stałe : topnienie stan, w którym i ciało stałe są w równowadze para: wrzenie - stan, w którym i para są w równowadze, ciśnienie pary równe jest ciśnieniu zewnętrznemu

Układy i fazy Liczba składników nizależnych Liczba faz Nazwa układu Przykład Tematyka 1 1 >1 1 >1 1 Jednorodny homogeniczny Jednorodny heterogeniczny Niejednorodny homogeniczny Lód w 5 o C Topniejący śnieg Roztwory np. cukier w wodzie Diagramy fazowe i ich rozumienie Właściwości roztworów Mechanizm rozpuszczania Entalpia rozpuszczania Wł. koligatywne - prawo Henry ego -stała ebulioskopowa i krioskopowa - prawo Raoulta R E G U Ł A F A Z >1 >1 Niejednorodny heterogeniczny Herbatka z niedomieszanym cukrem Prawo podziału Nernsta Reguła faz Gibbsa s + f = n + 2 s jest to liczba niezależnych zmiennych intensywnych, którą możemy zmienić nie zmieniając liczby faz w równowadze w układzie izolowanym f jest to liczba faz Ustalenie liczby faz napotyka czasem na pewne trudności: fazy objętościowe i powierzchniowe, fazy zdefektowane, fazy o małej liczbie atomów (nie stosuje się termodynamika) n jest to liczba składników niezależnych: Najmniejsza liczba składników, z których można zbudować układ w stanie równowagi pomniejszona o liczbę dodatkowych warunków

Wykorzystanie równania Gibbsa Przykład 1 Liczba składników niezależnych układu, liczba stopni swobody NH 4 HCO 3(s) NH 3(g) + CO 2(g) + H 2 O (g) 4 składniki 1 równanier 2 warunki: [NH 3 ]=[CO 2 ] [CO 2 ]=[H 2 O] warunek [NH 3 ]=[H 2 O] wynika z poprzednich n = 4 1 2 = 1 f = 2 s = 2 + 1 2=1 Jeżeli eli w układzie będzie b nadmiar np. NH 3 n = 4-1 -11 = 2, bo warunek [NH 3 ]=[CO 2 ] nie jest spełniony Diagramy fazowe Jak czytać diagramy? P c = 72.8 Critical point Pressure (atm) P 3 = 5.1 1.00 Solid Triple point Liquid Gas T m T 3 T c 78 56.6 31 Temperature ( C)

Diagram fazowy wody Diagram fazowy wody Przemiany fazowe topnienie parowanie ciśnienie. lód para temperatura lód topnienie parowanie para temperatura czas Film_topnienie lodu.mov Film woda.mov Film para wodna.mov

Diagram fazowy wody Struktura wody

Diagram fazowy węgla 10 11 Diamond Pressure (Pa) 10 9 Graphite Liquid 10 7 Vapor 0 2000 4000 6000 Temperature (K) Roztwory Układy niejednorodne, homogeniczne, jednofazowe Film 1 rozpuszczanie NaCl.MOV Film NaCl dramatycznie.mov

Mechanizm rozpuszczania Efekt energetyczny Typy roztworów Substancja rozpuszczona Rozpuszczalnik Roztwór Przykład powietrze Prawa opisujące Prawo Daltona c. stałe c. stałe c. stałe c. stałe c. stałe c. stałe wódka mosiądz woda sodowa r-r soli woda na makaron wodór r w palladzie Prawo podziału Nernsta Prawo Raoulta - Prawo Henry ego ego Prawo Raoulta -

Typy rozpuszczalników Właściwości roztworów!! Stężenie CM, C% Rozpuszczalność R=! ilosc substancji rozpuszczonej ilosc rozpuszczlanika g g dm 3,,... dm 3 g dm 3 Aktywność 8

Czynniki wpływające na! Temperatura! Ciśnienie! Rodzaj rozpuszczalnika! Rodzaj substancji rozpuszczonej Czynniki wpływające na Temperatura 300 260 Sugar (C12H 22 O 11) solubility [mol/dm3] 2.0E-03 1.5E-03 1.0E-03 5.0E-04 He N2 O2 Solubility (g solute/100 g H 2 O) 220 180 140 100 60 KNO 3 NaNO 3 NaBr KBr Na 2 SO 4 KCl 0.0E+00 0 5 10 15 20 25 30 T, o C Rozpuszczalność ów 20 Ce2 (SO 4)3 0 0 20 40 60 80 100 T, o C Rozpuszczalność c. stałych - egzo- i endotermiczne efekty

Czynniki wpływające na Ciśnienie Rozpuszczalność ów 1.5E-03 O2 solubility [m ol/dm 3] 1.0E-03 5.0E-04 N2 He 0.0E+00 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 p, atm Czynniki wpływające na Ciśnienie Prawo Henry ego: Ilość u możliwa do rozpuszczenia jest wprost proporcjonalna do ciśnienia u nad roztworem p = k c p = ciśnienie parcjalne u nad roztworem c = stężenie rozpuszczonego u w roztworze k = stała

Czynniki wpływające na Przykład 2 Rozpuszczalność azotu atmosferycznego w wodzie w temperaturze 0 o C i pod ciśnieniem 1 atm. wynosi 23.54 cm 3 /dm 3, a tlenu 48.89 cm 3 /dm 3. Powietrze zawiera 79% objętości N 2 i 21% objętości Jaki jest skład rozpuszczonego powietrza? Z prawa Henry ego wynika: w stałej temperaturze ciśnienie cząsteczkowe jednego ze składników roztworu w fazie owej jest proporcjonalna do stężenia tego składnika w roztworze (w stanie równowagi) Z prawa Daltona wynika: 79% N 2 p N2 = 0.79 atm 21% O 2 p O2 = 0.21 atm Jak to policzyć? Czynniki wpływające na Przykład 2 N 2 R N2 N2 = 0.79 23.54 = 18.60 cm 3 /dm 3 O 2 R O2 O2 = 0.21 48.89 = 10.27 cm 3 /dm 3 Skład powietrza w roztworze RN 2 18.60 C = 100% = 100% = 64.43% 64% N 2 R + R 18.60 + 10.27 N 2 O2 RO 2 10.27 CO 2 = 100% = 100% = 35.57% 36% R + R 18.60 + 10.27 N 2 O2

Ciśnienie par rozpuszczalnika Prawo Raoulta Dodatek nielotnej substancji rozpuszczonej powoduje obniżenie prężności par rozpuszczalnika p r-r = x r-k p r-k p r-r = ciśnienie par roztworu (solution) An aqueous solution and pure water in a closed x r-k Water = ułamek molowy subst. rozpuszczonej (solute) environment w rozpuszczalniku Vapor p r-k = ciśnienie par rozpuszczalnika (solvent) (a) Initial stage (b) After a period of time when a new equillibrium is reached (a) Water Aqueous solution (b) Aqueous solution Zmiany temperatur wrzenia, krzepnięcia Nielotna substancja rozpuszczona - T w T = K b m roz-k K b = stała ebulioskopowa 11_280 m = stężenie rozpuszczalnika atm Vapor pressure of pure water Nielotna substancja rozpuszczona - T k T = K f m solute K f = stała krioskopowa m = stężenie rozpuszczalnika Pressure (atm) Freezing point of solution T f Freezing point of water Vapor pressure of solution Boiling point of water Temperature ( C) T b Boiling point of solution

Ciśnienie osmotyczne rozpuszczalnik subst. rozpuszczona ciśnienie osmotyczne Różnica poziomów y (h) jest wywołana ciśnieniem osmotycznym ( π) π = c R T ( Pa) C stężenie molowe h Zastosowanie: Np. dializa Prawo podziału Nernsta C 1 c 1 = c 2 K C 2 Stosunek stężeń substancji rozpuszczonej w dwóch nie mieszających się ach jest stały. Jeżeli stała K>>1 to substancję możemy wydzielić na drodze ekstrakcji.

Koloidy układy dyspersyjne Koloidy Stan koloidalny równie powszechny jak stan owy, ciekły lub stały niski stopień rozdrobnienia składniki nie są ze sobą zmieszane cząsteczkowo Składnik tworzący fazę ciągłą koloidu nazywamy ośrodkiem dyspersyjnym lub rozpraszającym, drugi zaś fazą rozproszoną lub składnikiem rozproszonym. Faza rozproszona składa się z cząstek koloidalnych o wymiarach od 1 do 100 nm, a nawet do 500 nm. 100 µm 100 µm keczup jogurt 3D CONFOCAL MICROSCOPE

Koloidy Ośrodek dyspersyjny Faza rozproszona Przykłady Nazwa mgła, chmury, pary mgły ciało o stałe kurz, dym ozole piana mydlana piany, zole mleko, roztwór żelatyny, białko jaj emulsje, emulsoidy ciało o stałe ciało o stałe ciało o stałe mętne wody pumeks, okluzje owe kwarc mleczny zawiesina koloidalna, suspensoidy piany stałe ciało o stałe ciało o stałe kolorowe szkła zole stałe