Tomasz Lubera
dr Tomasz Lubera mail: luberski@interia.pl Prowadzący http://luberski.w.interia.pl telefon PK: 126282746 Pokój 210A (Katedra Biotechnologii i Chemii Fizycznej C-5) Konsultacje: we wtorki od 9 15 do 11 15 w każdy inny dzień w miarę wolnego czasu:-) Ćwiczenia rachunkowe z chemii fizycznej - Równowagi fazowe w układach jednoskładnikowych 2
Zasady oceniania Zaliczenie = średnia * mnożnik + aktywność > 2,75 Dwa kolokwia 21 IV i 16 VI Każde kolokwium musi zostać zaliczone oddzielnie Maksymalnie 2 terminy dla każdego kolokwium Obecność obowiązkowa Zwolnienia lekarskie należy dostarczyć maksymalnie tydzień po powrocie na uczelnię (najpóźniej drugie zajęcia): 0 nieusprawiedliwionych nieobecności podnosi ocenę 1 nieusprawiedliwiona nieobecność bez konsekwencji >1 nieusprawiedliwiona nieobecność obniża ocenę Aktywność na zajęciach Ćwiczenia rachunkowe z chemii fizycznej - Równowagi fazowe w układach jednoskładnikowych 3
Zagadnienia Równowagi fazowe Układy jednoskładnikowe Układy wieloskładnikowe Wielkości koligatywne Kinetyka chemiczna Kinetyka formalna Zależność szybkości od temperatury Elektrochemia Ogniwa Równowagi jonowe w roztworach Przewodnictwo w roztworach elektrolitów Ćwiczenia rachunkowe z chemii fizycznej - Równowagi fazowe w układach jednoskładnikowych 4
Pojęcia podstawowe Faza: Jednolita fizycznie i chemicznie część układu oddzielona wyraźnie ukształtowaną powierzchnią rozdziału. Składnik: Część układu złożona z takich samych rodzajów atomów połączonych ze sobą w takich samych stosunkach ilościowych. Równowaga fazowa: Współistnienie ze sobą dwóch lub więcej faz o stałych składach. Ćwiczenia rachunkowe z chemii fizycznej - Równowagi fazowe w układach jednoskładnikowych 5
Reguła faz Gibbsa s = α β + 2 s - liczba stopni swobody: Liczba parametrów układu (p, T, x i j x α β ), które można zmieniać, nie naruszając równowagi fazowej. α - liczba składników niezależnych: Najmniejsza liczba składników z których można utworzyć dany układ równa różnicy pomiędzy liczbą wszystkich składników a liczbą współzależności między nimi (równania reakcji, zasada elektroobojętności). β liczba faz Ćwiczenia rachunkowe z chemii fizycznej - Równowagi fazowe w układach jednoskładnikowych 6
Wykresy fazowe Pola: 1 faza s = 2 (p, T) Linie: 2 fazy s = 1 (p / T) p = f(t) / T=f (p) Punkt potrójny: 3 fazy s = 0 Ćwiczenia rachunkowe z chemii fizycznej - Równowagi fazowe w układach jednoskładnikowych 7
Wykresy fazowe Pola: 1 faza s = 2 (p, T) Linie: 2 fazy s = 1 (p / T) p = f(t) / T=f (p) Punkt potrójny: 3 fazy s = 0 Ćwiczenia rachunkowe z chemii fizycznej - Równowagi fazowe w układach jednoskładnikowych 8
Równanie Clausiusa-Clapeyrona dp dt = H T v A (faza I) A (faza II) /n = 1/ dt lub = T v dp H dp = H dlnt v lub dlnt dp = v H H molowa entalpia przemiany fazowej, v = v faza II v faza I zmiana objętości molowej Dla równowag ciało stałe gaz i ciecz gaz: v = v g v cs/c v g = RT p, H subl = H par + H top dp dt = H T v dp dt = H T RT p dlnp = H R dp = p H dp dt RT 2 p = HdT RT 2 dt T 2 H=const, całkowanie ln p 2 p 1 = H R 1 T 2 1 T 1 Ćwiczenia rachunkowe z chemii fizycznej - Równowagi fazowe w układach jednoskładnikowych 9
Zadanie: Zadanie 1 Gęstości stałego i ciekłego Cd wynoszą odpowiednio 8366 i 7986 kg/m 3. Entalpia topnienia jest równa 57320 J/kg, a temperatura krzepnięcia pod ciśnieniem 1 atm wynosi 594,1 K. Oblicz temperaturę topnienia Cd pod ciśnieniem 1,013 10 8 N/m 2. Odpowiedź: T t = 600,096 K Ćwiczenia rachunkowe z chemii fizycznej - Równowagi fazowe w układach jednoskładnikowych 10
Zadanie: Zadanie 2 Temperatura przemiany siarki rombowej w jednoskośną, gdy p = 1 atm wynosi 95,6 o C. Ciepło przemiany jest równe 64,68 kj/kg, zaś dt dp = 0,0394 10 5 K m 2 N 1. Oblicz różnicę objętości właściwych siarki rombowej i jednoskośnej. Odpowiedź: v = 69,14 10 6 m 3 kg 1 Ćwiczenia rachunkowe z chemii fizycznej - Równowagi fazowe w układach jednoskładnikowych 11
Zadanie: Zadanie 3 Wartości ciśnienia pary nasyconej acetonu w zależności od temperatury prezentuje tabelka: Oblicz brakującą wartość temperatury wrzenia acetonu pod podanym ciśnieniem. Odpowiedź: T, K 293,15 313,15? p, 10 4 N/m 2 2,46 5,62 5,065 T = 310,46 K Ćwiczenia rachunkowe z chemii fizycznej - Równowagi fazowe w układach jednoskładnikowych 12
Zadanie 4 Zadanie: Prężności pary nasyconej (N/m 2 ) nad srebrem w stanie stałym i ciekłym spełniają równania: o lg p s o lg p c = 13,892 1,402 104 T = 13,347 1,334 104 T Dla punktu potrójnego srebra oblicz: Temperaturę i ciśnienie Standardową molową entalpię i entropię topnienia Odpowiedź: T pp = 1248 K, p o pp = 455 N, m 2 H t o = 13,0 10 3 J, S mol t o = 10,0 10 3 J K mol Ćwiczenia rachunkowe z chemii fizycznej - Równowagi fazowe w układach jednoskładnikowych 13