Równowaga. równowaga metastabilna (niepełna) równowaga niestabilna (nietrwała) równowaga stabilna (pełna) brak równowagi rozpraszanie energii

Podobne dokumenty
Diagramy fazowe graficzna reprezentacja warunków równowagi

Seria 2, ćwiczenia do wykładu Od eksperymentu do poznania materii

Wykład 8. Równowaga fazowa Roztwory rzeczywiste

Wykład 6. Klasyfikacja przemian fazowych

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

I piętro p. 131 A, 138

MATERIAŁOZNAWSTWO Wydział Mechaniczny, Mechatronika, sem. I. dr inż. Hanna Smoleńska

WYKŁAD 7. Diagramy fazowe Dwuskładnikowe układy doskonałe

Analiza termiczna Krzywe stygnięcia

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

Prężność pary nad roztworem

Termodynamika materiałów

Równowagi fazowe. Zakład Chemii Medycznej Pomorski Uniwersytet Medyczny

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

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

DRUGA ZASADA TERMODYNAMIKI

chemia wykład 3 Przemiany fazowe

Wykład 8B. Układy o ograniczonej mieszalności

Entropia - obliczanie. Podsumowanie

Wykład 10 Równowaga chemiczna

Roztwory rzeczywiste (1)

DRUGA ZASADA TERMODYNAMIKI

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

Warunki izochoryczno-izotermiczne

Stany równowagi i zjawiska transportu w układach termodynamicznych

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

Zadania treningowe na kolokwium

Termodynamiczny opis przejść fazowych pierwszego rodzaju

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

Wzrost fazy krystalicznej

Inżynieria Biomedyczna Wykład V

Budowa stopów. (układy równowagi fazowej)

PODSTAWY CHEMII INŻYNIERIA BIOMEDYCZNA. Wykład 2

WNIOSEK REKRUTACYJNY NA ZAJĘCIA KÓŁKO OLIMPIJSKIE Z CHEMII - poziom PG

Temat 2. Równowaga fazowa i diagramy fazowe

STRUKTURA STOPÓW UKŁADY RÓWNOWAGI FAZOWEJ. Publikacja współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Para pozostająca w równowadze z roztworem jest bogatsza w ten składnik, którego dodanie do roztworu zwiększa sumaryczną prężność pary nad nim.

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

Podstawy termodynamiki

= = Budowa materii. Stany skupienia materii. Ilość materii (substancji) n - ilość moli, N liczba molekuł (atomów, cząstek), N A

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

1. Od czego i w jaki sposób zależy szybkość reakcji chemicznej?

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

Podstawowe pojęcia 1

prof. dr hab. Małgorzata Jóźwiak

Ćwiczenia audytoryjne z Chemii fizycznej 1 Zalecane zadania kolokwium 1. (2016/17)

Właściwości koligatywne

Zasady termodynamiki

INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

Elementy termodynamiki i wprowadzenie do zespołów statystycznych. Katarzyna Sznajd-Weron

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

Zadanie 2. (1 pkt) Uzupełnij tabelę, wpisując wzory sumaryczne tlenków w odpowiednie kolumny. CrO CO 2 Fe 2 O 3 BaO SO 3 NO Cu 2 O

Podstawy termodynamiki.

1. Stechiometria 1.1. Obliczenia składu substancji na podstawie wzoru

STRUKTURA STOPÓW CHARAKTERYSTYKA FAZ. Publikacja współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Termodynamika równowag fazowych w układach dwuskładnikowych

Ćwiczenia 12 Zadanie 12.4D

Termochemia efekty energetyczne reakcji

Termodynamika Część 6 Związki i tożsamości termodynamiczne Potencjały termodynamiczne Warunki równowagi termodynamicznej Potencjał chemiczny

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

CHEMIA. Wymagania szczegółowe. Wymagania ogólne

Chemia - laboratorium

EGZAMIN pisemny z TERMODYNAMIKI TERMODYNAMIKA TECHNICZNA I CHEMICZNA. Lista pytań opisowych (semestr zimowy 2015/16)

POLITECHNIKA POZNAŃSKA ZAKŁAD CHEMII FIZYCZNEJ ĆWICZENIA PRACOWNI CHEMII FIZYCZNEJ

Temat 27. Termodynamiczne modele blokowe wzrostu kryształów

Wstęp do fizyki statystycznej: krytyczność i przejścia fazowe. Katarzyna Sznajd-Weron

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

Klasyfikacja przemian fazowych

II Podkarpacki Konkurs Chemiczny 2009/10. ETAP II r. Godz Zadanie 1 (10 pkt.)

Fizyka Termodynamika Chemia reakcje chemiczne

Równowaga w układach termodynamicznych. Katarzyna Sznajd-Weron

Technologie wytwarzania metali. Odlewanie Metalurgia proszków Otrzymywanie monokryształów Otrzymywanie materiałów superczystych Techniki próżniowe

Technologie wytwarzania metali. Odlewanie Metalurgia proszków Otrzymywanie monokryształów Otrzymywanie materiałów superczystych Techniki próżniowe

Fizyka statystyczna Fenomenologia przejść fazowych. P. F. Góra

Termodynamika i właściwości fizyczne stopów - zastosowanie w przemyśle

Tematy i zakres treści z chemii - zakres rozszerzony, dla klas 2 LO2 i 3 TZA/archt. kraj.

c. Oblicz wydajność reakcji rozkładu 200 g nitrogliceryny, jeśli otrzymano w niej 6,55 g tlenu.

Termodynamika Część 7 Trzecia zasada termodynamiki Metody otrzymywania niskich temperatur Zjawisko Joule'a Thomsona Chłodzenie magnetyczne

BUDOWA STOPÓW METALI

Ćwiczenie 9. Grażyna Nowicka i Waldemar Nowicki BADANIE PROCESU MICELIZACJI SURFAKTANTÓW JONOWYCH

Czym się różni ciecz od ciała stałego?

BADANIE RÓWNOWAG FAZOWYCH W UKŁADACH TRZECH CIECZY

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

Obliczenia chemiczne. Zakład Chemii Medycznej Pomorski Uniwersytet Medyczny

Kryteria samorzutności procesów fizyko-chemicznych

Roztwory rzeczywiste (1)

a. Dobierz współczynniki w powyższym schemacie tak, aby stał się równaniem reakcji chemicznej.

Wykład FIZYKA I. 14. Termodynamika fenomenologiczna cz.ii. Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

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

Ćwiczenie 7. Układ dwuskładnikowy równowaga ciało stałe-ciecz.

1. Kryształy jonowe omówić oddziaływania w kryształach jonowych oraz typy struktur jonowych.

Zespół kanoniczny N,V, T. acc o n =min {1, exp [ U n U o ] }

Podstawowe prawa opisujące właściwości gazów zostały wyprowadzone dla gazu modelowego, nazywanego gazem doskonałym (idealnym).

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

Kryształy w życiu człowieka

Zjawiska powierzchniowe

A4.04 Instrukcja wykonania ćwiczenia

Katedra Chemii Fizycznej Uniwersytetu Łódzkiego

WNIOSEK REKRUTACYJNY NA ZAJĘCIA KÓŁKO OLIMPIJSKIE Z CHEMII - poziom PG

SPRAWOZDANIE 2. Data:... Kierunek studiów i nr grupy...

Transkrypt:

Równowaga równowaga stabilna (pełna) równowaga metastabilna (niepełna) równowaga niestabilna (nietrwała) brak równowagi rozpraszanie energii

energia swobodna Co jest warunkiem równowagi? temperatura W układzie jednoskładnikowym warunkiem równowagi dwóch faz jest równość ich energii swobodnych G = G

Układ dwuskładnikowy (woda i sól) i dwufazowy (ciecz i kryształ). Zawartość soli w wodzie jest wyższa niż w lodzie, a jednak układ słona woda mniej słony lód pozostaje w równowadze (nie zachodzi dyfuzja).

Mieszanina mechaniczna 1-x 0 x G 0 Energia swobodna mieszaniny mechanicznej jest średnią ważoną energii swobodnych czystych składników i przypadających na mol ( 0 i 0 ) G=(1-x) 0 + 0 x x 1-x stężenie (liczba moli /liczba moli +)

Roztwór W roztworze wszystkie atomy są wymieszane ( czują się wzajemnie) Roztwór idealny brak zmiany entalpii podczas mieszania: E - =E - =E - Zmienia się tylko entropia S S=k ln(w) w liczba mikrostanów realizujących dany makrostan

Roztwór idealny 1-x x Podczas tworzenia roztworu rośnie w rośnie entropia! Entropia (zawsze!) faworyzuje mieszanie

Jaki jest wkład atomów i do energii swobodnej roztworu? Konstrukcja stycznej G(x)=(1-x) + x 0 0 (1-x) G G G(x) x stężenie 0 x x 0 1 (x)

G(x)=(1-x) + x energia swobodna atomów w roztworze o składzie x energia swobodna atomów w roztworze o składzie x Energia swobodna roztworu o stężeniu x, G(x) jest średnią ważoną i (które są funkcjami x), potencjały chemiczne atomów i G x

energia swobodna Równowaga pomiędzy dwoma roztworami = = x x stężenie

Energia swobodna atomów (lub ) w roztworze jest taka sama jak energia swobodna atomów (lub ) w roztworze : = = x = x x = x

= = Dlatego lód o małej zawartości soli pozostaje w równowadze z silnie zasoloną wodą

Co jeśli nie można narysować wspólnej stycznej do krzywych energii swobodnej G(x)? Oznacza to, że roztwory nie mogą być w równowadze tzn. zachodzić będzie dyfuzja w celu wyrównania potencjałów chemicznych. G

Modele roztworów G H TS roztwór idealny: przypadkowe rozmieszczenie atomów. H = 0 roztwór regularny: przypadkowe rozmieszczenie atomów. H 0 roztwór rzeczywisty: nieprzypadkowe rozmieszczenie atomów. H 0

Roztwór idealny Układ podwójny - N ilość atomów w roztworze n ilość atomów typu N-n ilość atomów typu Przypadkowe rozmieszczenie atomów H = 0

N sposobów rozmieszczenia N(N-1)/2 sposobów rozmieszcznia N(N-1)(N-2)/3! sposobów rozmieszcznia itd...

N( N 1)...( N n n! 2)( N n 1) N! n!( N n)! ilość sposobów rozmieszczenia n atomów typu w sieci o N węzłach = w S k ln(w) entropia konfiguracyjna związana ze sposobem rozmieszczenia atomów

ln( x!) xln x x wzór Stirlinga N 1 x! N x! N! liczba możliwych konfiguracji dla mola atomów (x ułamek molowy atomów ) S k N xln1 x 1 xln x G k TN xln1 x 1 xln x zmiana energii swobodnej G spowodowana mieszaniem atomów i mierzona względem energii mieszaniny mechanicznej (wyrażona na mol)

0-1 G [kjmol -1 ] -2-3 -4-5 -6 T=100K T=200K 0 (1-x) TS 0-7 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 x G(x) x (x) x 0 N k T ln 1 0 N k T ln x

Krzywa G dla x0 (x1) 1 xln x G k N T xln x 1 G x lim k x0 x1 k N T N T ln x ln 1 x ln x ln1 x Dla x0, x1 styczna dąży do linii pionowej. Wprowadzenie małej ilości drugiego składnika powoduje duże obniżenie energii swobodnej układu. Nie istnieje substancja wykazująca całkowity brak rozpuszczalności w innej substancji.

Przykłady roztworów bliskich idealnemu: Si-Ge, Cu-Ni

Roztwór regularny Przypadkowe rozmieszczenie atomów. H 0 G H TS S k N xln1 x 1 xln x Szukamy wyrażenia na entalpię mieszania H H 0 oznacza, że zerwanie wiązań - i - i utworznie dwóch wiązań - niesie za sobą zmianę energii układu

Energia wiązania V (r) 0-2E r

Prawdopodobieństwa znalezienia różnych typów wiązań: N N z z 1 2 1 2 N N (1 x 2 x) 2 N N zn ( 1 x) x N - liczba vogadro z liczba koordynacyjna x- ułamek molowy atomów

Entalpia mieszania w modelu roztworu regularnego H H E N H N E E 2E E z(1 2E (1 x) x x) x N z -parametr oddziaływania w modelu roztworu regularnego (w ogólności może zależeć od temperatury i składu).

x 1 H x

0 G [kjmol -1 ] -1-2 -3-4 T=1000 K; H =0 T=1000 K; H <0-5 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 x

H 0

Roztwory rzeczywiste H < 0 (przyciąganie) tendencja do porządkowania w fazie ciekłej i tworzenia związków H > 0 (odpychanie) tendencja do separacji atomów różnego rodzaju (grupowanie atomów tego samego rodzaju)

Parametr uporządkowania bliskiego zasięgu s N N N N max random random N - ilość wiązań - N (random) -ilość wiązań - w roztworze całkowicie przypadkowym N (max) - maksymalna ilość wiązań - Roztwór przypadkowy Roztwór z uporządkowaniem bliskiego zasięgu x=0.5 N = N (random) =100 s=0 x=0.5 N 132, N (max) =200 s=0.32

Empedokles z grygentu (490-430 p.n.e.) Ludzie którzy się kochają mieszają się jak woda i wino. Ludzie którzy się nienawidzą rozdzielają się jak woda i oliwa.