Agata Latos 2002-02-18

Ćwiczenie nr 13

Wyznaczanie diagramu fazowego układu skondensowanego dwuskładnikowego metodą analizy termicznej.

Stan układu określają: temperatura, ciśnienie, liczba faz oraz stężenia poszczególnych składników w każdej fazie. Wartości tych parametrów nie możemy jednak zmieniać w sposób dowolny, zachowując przy tym strukturę układu. Przez stopnie swobody rozumiemy te zmienne parametry opisujące układ, które możemy zaniedbać przy określonych wartościach pozostałych parametrów, nie zmieniając liczby składników i liczby faz oraz nie zmieniając stanu równowagi układu. Regóła faz Gibbsa, będąca jednym z ważniejszych zastosowań drugiej zasady termodynamiki, wiąże ze sobą liczbę stopni swobody układu (z), liczbę jego faz (f) i liczbę składników niezależnych (s).

Dla równowagi termodynamicznej układu niezbędny jest warunek, aby temperatura i ciśnienie we wszystkich fazach układu były identyczne. Ponadto konieczna jest identyczna wartość potencjałów chemicznych poszczególnych składników we wszystkich fazach układu. Można to opisać za pomocą równań:

μ₁^{( 1)} = μ₁ ⁽²⁾ = μ₁ ⁽³⁾ = ... = μ₁ ^(β)

μ₂ ⁽¹⁾ = μ₂ ⁽²⁾ = μ₂ ⁽³⁾ = ... = μ₂ ^(β)

............................................

μ_α ⁽¹⁾ = μ _α ⁽²⁾ = μ _α⁽³⁾ = ... = μ _α^(β)

w których: μ - potencjał chemiczny; α - liczba składników; β - liczba faz

Liczba równań, które muszą być spełnione dla osiągnięcia równowagi fazowej, dla każdego składnika wynosi β-1 a dla ukłdu, który posiada α składników α( β-1). Natomiast na liczbę wszystkich parametrów składają się temperatura, ciśnienie oraz stężenia (ułamki molowe lub procenty masowe) poszczególnych składników w każdej z faz. Suma ułamków molowych wynosi 1, a procentów masowych 100, a więc dowolny z nich można zawsze wyznaczyć, znając pozostałe. Zatem dla α- składników liczba zmiennych stężeniowych wynosi α-1 w jednej fazie, a β(α-1) dla wszystkich faz. Ogólna liczba zmiennych określających stan układu wyniesie β(α-1)+2.

W przypadku układów dwuskładnikowych dane charakteryzujące układ przedstawia się zazwyczaj za pomocą diagramów o współrzędnych temperatura- skład. W diagramie takim linie graniczne pokazują równowagowy skład faz w różnych temperaturach (pod stałym ciśnieniem).

Wykresy fazowe kreśli się wyznaczając przebieg linii solidus na podstawie obserwacji temperatur, w których pojawiają się pierwsze oznaki topnienia, przebieg zaś linii liquides - tzw. metodą analizy termicznej. Metoda analizy termicznej polega na obserwacji szybkości ostygania tygla ze stopem krzepnącym w warunkach ustalonego odpływu ciepła. Stanowi też użyteczną metodę wykrywania eutektyków. Ciecz o składzie eutektycznym krzepnie w określonej temperaturze, bez wcześniejszego wytrącania poszczególnych jej składników, stałego A i B. Ciało stałe o składzie eutektycznym topi się bez zmiany składu w najniższej ze wszystkich mieszanin, temperaturze.

Literatura

Atkins W.P. „Chemia fizyczna” PWN Warszawa 2001

Pigoń K. Ruziewicz Z. „Chemia fizyczna” PWN Warszawa 1980

Wykaz substancji chemicznych stosowanych w zadaniu oraz numery kart charakterystyk

naftalen

kwas benzoesowy

Oświadczenie

Oświadczam, że zapoznałam się z kartami charakterystyk w/w substancji i znane są mi właściwości tych substancji, sposoby bezpiecznego postępowania z nimi oraz zasady udzielania pierwszej pomocy w nagłych wypadkach.

Cel wykonania ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest wyznaczenie diagramu fazowego dwuskładnikowego układu metodą analizy termicznej.

---