UKŁADY ZŁOŻONE
I PRZEMIANY FAZOWE
Układy jedno- i wielofazowe
P.Łukowski, 2
Faza ≡ jednolita część układu o danym stanie skupienia,
oddzielona od pozostałych części wyraźnymi granicami i
różniąca się od nich właściwościami fizycznymi.
Układ jednofazowy (prosty, jednorodny) składa się
z 1 fazy.
Układ wielofazowy (złożony, niejednorodny) składa się
z > 1 fazy.
Układ jednofazowy może być jednoskładnikowy (np. woda)
lub wieloskładnikowy (np. roztwór wodny soli kuchennej).
Układ wielofazowy może być jednoskładnikowy (np. woda +
lód) lub wieloskładnikowy (np. mieszanka betonowa).
P.Łukowski, 3
Mieszanina gazów zawsze stanowi jedną fazę (np. powietrze).
Mieszanina cieczy może stanowić jedną lub więcej faz,
zależnie od wzajemnej rozpuszczalności:
woda + metanol = 1 faza
woda + nafta = 2 fazy
Mieszanina ciał stałych zwykle stanowi układ wielofazowy (np.
beton). Wyjątek: kryształy mieszane.
Układy jedno- i wielofazowe
Przemiana fazowa ≡ zmiana stanu skupienia, zmiana
struktury krystalicznej lub przejście z fazy ciągłej do
rozproszonej (rozpuszczanie) bądź odwrotnie (krystalizacja).
Przemiany fazowe
Q
T
c.stałe
ciecz
gaz
topnienie
parowanie
krzepnięcie
skraplanie
P.Łukowski, 4
Wykres równowag fazowych wody
P.Łukowski, 5
stan
nadkrytyczny
para
przegrzana
ciecz ściśliwa
ciecz
ciało
stałe
Uogólniony wykres równowag fazowych
P.Łukowski, 6
Równowaga termodynamiczna
Układ w stanie równowagi termodynamicznej ≡
układ, w którym dowolnie długo nie zachodzą żadne zmiany.
Układ jest w stanie równowagi termodynamicznej, jeśli
zachodzą jednocześnie 3 równowagi cząstkowe:
- termiczna: brak różnic temperatury w układzie i między
układem a otoczeniem,
- chemiczna: brak reakcji chemicznych w układzie i między
układem a otoczeniem,
- mechaniczna: wszystkie siły działające w układzie i między
układem a otoczeniem są zrównoważone.
P.Łukowski, 7
Reguła faz Gibbsa
Liczba stopni swobody,
z
≡
liczba parametrów układu, które
można zmieniać (w pewnych granicach), nie wywołując
przemian fazowych w tym układzie
s
≡
liczba składników układu
f
≡
liczba faz w układzie
r
≡
liczba reakcji chemicznych przebiegających w układzie
z = s – f – r + 2
P.Łukowski, 8
Reguła faz Gibbsa
Układ bez reakcji chemicznych, r = 0
⇒
z = s – f + 2
Układ bez reakcji chemicznych, r = 0,
jednoskładnikowy, s = 1
⇒
z = 3 – f
z = s – f – r + 2
P.Łukowski, 9
Układ bez reakcji chemicznych, r = 0,
jednoskładnikowy, s = 1,
trójfazowy (np. woda w punkcie potrójnym), f = 3 ⇒ z = 0
P.Łukowski, 11
Układy rozproszone
Układ rozproszony (dyspersja) składa się z:
- fazy rozproszonej (cząstki fazy rozproszonej ≡ inkluzje),
- fazy rozpraszającej (ciągłej, matrycy).
Rodzaje układów rozproszonych
Cecha
Układ
jednorodny
(roztwór)
Układ niejednorodny
Koloid
Zawiesina
Wielkość cząstki
rozproszonej
< 1 nm
1 – 1000 nm
> 1000 nm
Możliwość
rozdzielenia
metodami
fizycznymi
-
Specjalne
sączki
+
Rozpoznawalność
optyczna
-
Efekt
Tyndalla
+
P.Łukowski, 12
Układy niejednorodne
Faza
rozpra-
szająca
Faza rozproszona
Gaz
Ciecz
C. stałe
Zawiesina
Koloid
Zawiesina
Koloid
Zawiesina
Koloid
Gaz
Ciecz
C. stałe
-
-
piana
piana
koloidalna,
np. mydlana
stała piana,
np.
gazobeton
stała piana
koloidalna,
np. stward-
niały zaczyn
cementowy
np. deszcz aerozol,
np. mgła
emulsja,
np. farba
emulsja
koloidalna,
np.
epoksydowa
np. woda
kapilarna
w betonie
np. woda
porowa
w betonie
np. śnieg
np. dym
np.
mieszanka
betonowa
zol,
np. szkło
wodne
np. beton
stały zol,
np. niektóre
stopy metali
P.Łukowski, 13
Układy koloidalne
Otrzymywanie koloidów
Metody dyspersyjne: rozdrabnianie większych cząstek do
wymiarów koloidalnych (np. mechanicznie lub
ultradźwiękami).
Metody kondensacyjne: łączenie mniejszych cząstek w
większe agregaty (przez reakcje chemiczne, np.
polimeryzację).
P.Łukowski, 14
Układy koloidalne
SiO
2
SiO
3
2-
H
+
H
+
H
+
H
+
H
+
H
+
H
+
H
+
H
+
H
+
S
iO
3
2
-
S
iO
3
2
-
SiO
3
2-
Budowa cząstki koloidalnej
jądro
powłoka
adsorpcyjna
powłoka
dyfuzyjna
granula
micela
krzemionka SiO
2
P.Łukowski, 15
Układy koloidalne
Najbardziej typowy układ koloidalny: faza stała rozproszona
w fazie ciekłej ≡ zol.
Łączenie się cząstek fazy rozproszonej w większe agregaty
prowadzi do powstania żelu.
zol
żel
koagulacja
peptyzacja
Koagulacja
P.Łukowski, 16
Układy koloidalne
Flokulacja
Cząstki żelu mają tendencję do wydzielania się z układu ≡
flokulacja.
P.Łukowski, 17
Układy koloidalne
Koloid liofilowy – cząstki fazy rozproszonej są solwatowane
przez cząsteczki rozpuszczalnika (jeśli rozpuszczalnikiem jest
woda ⇒
koloid hydrofilowy
).
Cząstki koloidalne izolowane od siebie ⇒ koagulacja
trudniejsza – wymaga dużego stężenia elektrolitu.
Koloidy liofilowe są odwracalne: żel można speptyzować z
powrotem do postaci zolu.
P.Łukowski, 18
Układy koloidalne
Koloid liofobowy – cząstki fazy rozproszonej nie oddziałują z
cząsteczkami rozpuszczalnika (jeśli rozpuszczalnikiem jest
woda ⇒
koloid hydrofobowy
).
Cząstki koloidalne nie są izolowane od siebie ⇒ koagulacja
łatwiejsza.
Koloidy liofobowe są nieodwracalne: żelu nie można
speptyzować z powrotem do postaci zolu.
P.Łukowski, 19
Układy koloidalne
Dializa – cząstki koloidalne nie przechodzą przez błony
półprzepuszczalne, przez które przechodzi rozpuszczalnik
(hemodializa).
Elektroforeza – cząstki koloidalne mają ładunki
elektryczne ⇒ przemieszczają się pod wpływem
zewnętrznego pola elektrycznego (oczyszczanie wody).
Elektroosmoza – jeśli cząstki fazy rozproszonej są
mechanicznie unieruchomione, to pod wpływem
zewnętrznego pola elektrycznego przemieszcza się
rozpuszczalnik (osuszanie murów).
P.Łukowski, 20
P.Łukowski, 21
Układy koloidalne
Tiksotropia ≡ upłynnienie żelu (peptyzacja) pod wpływem
sił ścinających.
Struktura szkieletowa żelu zostaje mechanicznie zniszczona,
a po ustaniu działania siły odtwarza się ponownie.
- nanoszenie farby na ścianę ☺
- wbijanie pali w grunt ☺
- upłynnienie podłoża gruntowego pod drogą na stoku
Reopeksja ≡
≡
≡
≡
zjawisko odwrotne do tiksotropii – wzmocnienie
(koagulacja) pod wpływem sił ścinających.
Efekt Tyndalla
P.Łukowski, 22
Wyszukiwarka
Podobne podstrony:
więcej podobnych podstron