Ciecze

Stan ciekły - układ cząsteczek (atomów) w którym

oddziaływania międzycząsteczkowe są na tyle istotne,

ż

e zbiorowisko cząsteczek dąży do wypełnienia

możliwie

najmniejszej

objętości.

Powstaje

układ

ograniczony w przestrzeni wyraźną granicą fazową w

obrębie którego cząsteczki (atomy) są w ciągłym

ruchu. Ruch pojedynczej cząsteczki nie jest jednak

ruchu. Ruch pojedynczej cząsteczki nie jest jednak

zupełnie niezależny jak w stanie gazowym. Powstają

bliskie strefy wzajemnego uporządkowania (domeny)

w

których

cząsteczki

(atomy)

zachowują

stałe

odległości.

Wła

ś

ciwo

ś

ci cieczy

•

Napięcie powierzchniowe:

σ

= W/S [J/m

2

],

(stosunek pracy W potrzebnej do zmiany swobodnej

powierzchni cieczy do zmiany tej powierzchni S).

Napięcie powierzchniowe maleje wraz z temperaturą. W

temperaturze krytycznej, kiedy zanika różnica między
cieczą a parą, uzyskuje wartość równą zeru.

Oddziaływania między cząsteczkami na
powierzchni i w głębi cieczy.

-

Zjawiska kapilarne

-

wznoszenie kapilarne,

-

Zakrzywienie powierzchni:

Bańki, pęcherzyki, krople;

- Zarodkowanie (nukleacja);

-

Lepkość - zwana również tarciem wewnętrznym, jest
to opór na, który natrafiają w ruchu jednostajnym
warstwy cieczy podczas przesuwania się jednych
warstw cieczy względem drugich. (Przyczyną tarcia
wewnętrznego jest istnienie sił spójności miedzy
cząsteczkami cieczy).

Opis składu układów wieloskładnikowych

1. Ułamek molowy – ilość moli B w stosunku do ogólnej

ilości substancji w układzie

∑

=

i

i

B

B

n

n

x

dla układów
dwuskładnikowych

B

A

B

B

n

n

n

x

+

=

2. Stężenie molowe – ilość moli B w jednostkowej objętości

układu [mol ·dm

-3

]

(zakładamy, że A – rozpuszczalnik)

V

n

c

B

mB

=

dla układów
dwuskładnikowych

ρ

- gęstość roztworu,

B

A

B

B

B

B

c

M

M

c

1000

c

x

+

−

=

ρ

ρ

- gęstość roztworu,

M

A

, M

B

– masy molowe

dla roztworów rozcieńczonych

ρ

1000

M

c

x

A

B

B

≈

3. Molalność – ilość moli B w jednostce masy

rozpuszczalnika [mol ·kg

-1

]

A

B

B

n

m

Μ

=

dla układów
dwuskładnikowych

B

A

B

B

m

M

1000

m

x

+

=

dla roztworów rozcieńczonych

1000

M

m

x

A

B

B

≈

Roztwory

• Roztworem nazywamy wieloskładnikowy

układ jednofazowy (homogeniczny). Składnik
znajdujący się w ilościowej przewadze nosi
nazwę rozpuszczalnika (z reguły), podczas
gdy pozostałe składniki tworzące roztwór
noszą nazwę substancji rozpuszczonej.

- roztwory doskonałe,

- roztwory rzeczywiste,

- roztwory koloidalne.

- roztwory koloidalne.

●

Rozpuszczalność - maksymalna ilość

substancji, jaką można rozpuścić w jednostce
objętości rozpuszczalnika w danej
temperaturze i ciśnieniu nosi nazwę
rozpuszczalności. Rozpuszczalność
wyrażana jest przeważnie w gramach
substancji rozpuszczonej w 1 dm3
rozpuszczalnika lub gramach na 100 gramów
rozpuszczalnika.

Rozpuszczanie

•

Roztwory powstają w wyniku rozpuszczenia substancji w

rozpuszczalniku. Tworzenie roztworu może zachodzić poprzez:

•

(a) chemiczną reakcję substancji z rozpuszczalnikiem w wyniku

której powstaje nowa rozpuszczona substancja,

•

(b) oddziaływanie substancji z rozpuszczalnikiem w wyniku

której powstaje solwatowana forma rozpuszczanej substancji,

•

Solwatacją nazywamy oddziaływanie cząsteczek lub jonów danej

substancji z cząsteczkami rozpuszczalnika w wyniku czego powstaje

solwatowana forma cząsteczki (jonu). Forma ta jest przeważnie

strukturą przestrzenną w której cząsteczka (jon) są otoczone ściśle

zorientowanymi cząsteczkami rozpuszczalnika.

•

(c) dyspersja substancji w rozpuszczalniku. Niekiedy dwie

substancje mogą samorzutnie utworzyć roztwór w wyniku

oddziaływania sił międzycząsteczkowych. Nie mamy wtedy do

czynienia z procesem solwatacji lecz w wyniku procesów dyfuzji

następuje ujednorodnienie układu jednofazowego.

Mieszaniny proste

• Prawo Raoulta – w stanie równowagi

stosunek prężności pary każdego składnika
mieszaniny do jego prężności pary w czystej
cieczy p

A

/p

*

A

, jest w przybliżeniu równy

ułamkowi molowemu tego składnika (A), w
roztworze.

• p

A

= x

A

p

*

A

A

A

A

• Roztwory idealne – roztwory spełniające

prawo Raoulta w całym zakresie składu.

Prawo Raoulta jest prawem
granicznym dla x

→

1

Stosuje się dla rozpuszczalnika, w
którym znajduje się niewielka liczba
substancji rozpuszczonej

Układy ciecz-ciecz

- otoczenie cząsteczek
rozpuszczalnika niewiele zmienia
się w stosunku do czystego
rozpuszczalnika

Otoczenie substancji rozpuszczonej zupełnie inne niż w stanie
czystym (substancji rozpuszczonej) – duże odstępstwa od p.
Raoulta.

Jeżeli ciecze są chemicznie podobne – „widzą się” podobnie –
prawo Raoulta stosuje się w całym zakresie.

•

Zależność

prężności pary

od składu

roztworu z

dodatnim

odchyleniem od

prawa Raulta.

•

zależność

prężności pary

prężności pary

od składu

roztworu z

ujemnym

odchyleniem od

prawa Raulta

.

Roztwory idealnie rozcieńczone

Zawsze można
wyodrębnić pewien
obszar dla małych stężeń
x

B

<< 1 że:

B

B

B

x

K

p

=

K

B

empiryczna stała Henry’ego

prawo Henry’ego

*

B

B

p

K

≠

Destylacja

• DESTYLACJA PROSTA

• Destylacja z parą wodną

• Destylacja pod zmniejszonym ciśnieniem

• Destylacja frakcyjna (rektyfikacja)

• Destylacja azeotropowa

Wypełnienie kolumn destylacyjnych:

a) pier

ś

cienie Raschiga, b) porcelanowe

pier

ś

cienie Lessinga, c) metalowe pier

ś

cienie

pier

ś

cienie Lessinga, c) metalowe pier

ś

cienie

Lessinga, d) pier

ś

cienie Fenskego

Diagramy typu: temperatura - skład

Destylacja bardziej lotnego składnika (A)

Poprzez sukcesywne
procesy wrzenia,
odbierania pary i
kondensacji możemy
otrzymać prawie
czystego składnika A –
destylacja frakcyjna

W zależności od kształtu
obszaru dwu-fazowego dla
otrzymania określonego
końcowego składu potrzebna
jest różna liczba cykli
parowania i kondensacji –
liczba półek teoretycznych

Dla mieszanin nieidealnych może wystąpić efekt azeotropii –
ekstremum na diagramie fazowym.

Ciecze mieszają się lepiej od idealnych G

E

< 0 –

maksimum na diagramie fazowym.

Nie możemy oddestylować
lotniejszego składnika
bardziej niż do składu
odpowiadającemu
punktowi b. Skład pary
taki sam jak skład cieczy –

mieszanina azeotropowa

Ciecze mieszają się gorzej od idealnych G

E

> 0 –

minimum na diagramie fazowym.

Destylacja frakcyjna prowadzi do
składu azeotropowego
odpowiadającemu punktowi b.

Spirytus rektyfikowany tylko 96%

Destylacja cieczy częściowo mieszających się

Górna krytyczna temperatura
rozpuszczalności niższa niż
temperatura wrzenia.

Górna krytyczna temperatura
rozpuszczalności wyższa niż
temperatura wrzenia.

Destylat rozpada się na dwie
fazy o składach b

3

’ i b

3

’’.

T

K

T

k

M

(gó

rna)

1

T

2

Wzajemna rozpuszczalność dwóch cieczy
o ograniczonej wzajemnej mieszalności

Diagramy fazowe ciecz - ciecz (typy):

B

A

x

B

2

B

A

x

B

K

T

k

M

(do

lna)

2

1

Wzajemna rozpuszczalność dwóch cieczy

o ograniczonej wzajemnej mieszalności,

cd.

T

K

T

k

M

(górna)

2

1

B

A

x

B

2

K

T

k

M

(dolna)

1

Ekstrakcja -Prawo podziału

• Jeżeli do układu złożonego z dwóch nie

mieszających się cieczy wprowadzimy trzecią

substancję rozpuszczająca się w obu cieczach,

to substancja ta tworzy roztwór bardziej

stężony z tą cieczą w której wykazuje

stężony z tą cieczą w której wykazuje

większą rozpuszczalność. Stosunek stężeń tej

substancji w obydwu warstwach cieczy w

stałej temperaturze ma wartość stałą. Prawo

podziału stanowi podstawę procesu zwanego

ekstrakcją.

Zmiany stanu skupienia