Zmiany stanów skupienia

Krzywa ogrzewania

krzywa chłodzenia

Przechłodzenie

Równowaga ciało stałe - gaz

Wykresy fazowe substancji czystych

Wykres fazowy wody

Wykres fazowy CO2

Roztwory - definicje

•

Układy jednorodne (homogeniczne) – układy, które we wszystkich
swoich cz

ęś

ciach wykazuj

ą

jednakowe wła

ś

ciwo

ś

ci fizyczne

•

Układy niejednorodne (heterogeniczne) – układy zło

ż

one z cz

ęś

ci

ró

ż

ni

ą

cych si

ę

wła

ś

ciwo

ś

ciami fizycznymi

•

Homogeniczne cz

ęś

ci układu heterogenicznego nazywamy fazami

•

Układ homogeniczny jest układem jednofazowym, a heterogeniczny
wielofazowym

•

Fazami mog

ą

by

ć

ciała stałe, ciecze i gazy

•

Układ mo

ż

e zawiera

ć

jednocze

ś

nie kilka faz stałych i ciekłych ale tylko

jedn

ą

gazow

ą

. (gazy tworz

ą

mieszaniny jednorodne)

Roztwory - definicje

•

Składnikami układu nazywamy substancje chemiczne, z których układ
jest zło

ż

ony.

•

Fazy znajduj

ą

ce si

ę

w układzie wielofazowym mog

ą

mie

ć

ten sam skład

lub te

ż

ro

ż

ny.

•

Gdy w obr

ę

bie pojedynczej fazy mamy do czynienia z tylko jednym

składnikiem, to tak

ą

faz

ę

nazywamy czyst

ą

•

Gdy faza zawiera kilka składników nazywamy j

ą

roztworem

•

Faza wieloskładnikowa mo

ż

e by

ć

ciałem stałym, ciecz

ą

lub gazem.

Mówimy wtedy odpowiednio o roztworach stałych, ciekłych lub
gazowych

Rodzaje przemian

•

Przemiany fazowe – polegaj

ą

na znikaniu pewnych faz a pojawianiu si

ę

nowych, przy czy ł

ą

czna masa poszczególnych składników we

wszystkich fazach pozostaje stała

•

Reakcje chemiczne – przemiany w których powstaj

ą

i zanikaj

ą

substancje. Reakcje mog

ą

przebiega

ć

w jednej fazie lub z udziałem

substancji zawartych w ro

ż

nych fazach

•

Przemiany fazowe i reakcje chemicznie istotnie si

ę

ró

ż

ni

ą

. Cech

ą

wspóln

ą

obydwu jest to,

ż

e towarzysz

ą

im efekty cieplne i entropowe

Typy roztworów

•

Roztwory gazowe – jednorodne mieszaniny gazów

•

Roztwory ciekłe – roztwory gazów, cieczy lub ciał stałych w cieczach

•

Roztwory stałe – ciała stałe, w których składniki rozproszone s

ą

w

sposób przypadkowy (w mikroskali) w innym składniku. W

ę

zły sieci

krystalicznej zajmowane s

ą

przez ro

ż

ne atomy, cz

ą

steczki czy te

ż

jony.

•

W przypadku roztworów ciekłych operujemy cz

ę

sto poj

ę

ciami

rozpuszczalnik i substancja rozpuszczona. Zwykle miana rozpuszczalnik
u

ż

ywa si

ę

w odniesieniu do substancji która jest w nadmiarze. Nie jest to

jednak ustalenie rygorystycznie przestrzegane.

•

W roztworach ciekłych cz

ą

steczki substancji rozpuszczonej oddziałuj

ą

z

cz

ą

steczkami rozpuszczalnika, tworz

ą

c mniej lub bardziej trwałe

poł

ą

czenia. Zjawisko takie nazywamy solwatacj

ą

, a w przypadku wody

jako rozpuszczalnika hydratacj

ą

.

Sposoby wyra

ż

ania st

ęż

e

ń

•

St

ęż

enie molowe – liczba moli substancji rozpuszczonej zawarta w 1

dm3 roztworu

•

St

ęż

enie molalne – liczba moli substancji rozpuszczonej zawarta w 1 kg

rozpuszczalnika

•

Ułamek molowy składnika – stosunek liczby moli tego składnika do
sumy liczby moli wszystkich składników roztworu

•

Procent wagowy (st

ęż

enie procentowe) – liczba gramów substancji

rozpuszczonej zawarta w 100 g roztworu

•

Procent obj

ę

to

ś

ciowy – liczba ml składnika zawarta w 100 ml roztworu

Wpływ substancji rozpuszczonej na wła

ś

ciwo

ś

ci

rozpuszczalnika

•

W czystej wodzie zdolno

ść

cz

ą

steczek do przechodzenia w stan pary jest

wi

ę

ksza ni

ż

w roztworze

•

Ci

ś

nienie pary nasyconej rozpuszczalnika nad roztworem jest mniejsze

ni

ż

nad czystym rozpuszczalnikiem

Wpływ substancji rozpuszczonej na wła

ś

ciwo

ś

ci

rozpuszczalnika

•

Roztwory w stosunku do czystego rozpuszczalnika maj

ą

, przy tym

samym ci

ś

nieniu, wy

ż

sze temperatury wrzenia.

•

Roztwory w stosunku do czystego rozpuszczalnika maj

ą

ni

ż

sze

temperatury krzepni

ę

cia

•

W przypadku roztworów rozcie

ń

czonych obni

ż

enie temperatury

krzepni

ę

cia czy pr

ęż

no

ś

ci pary mało zale

ż

y od natury substancji

rozpuszczonej. Zale

ż

y natomiast od jej st

ęż

enia.

Wpływ substancji rozpuszczonej na wła

ś

ciwo

ś

ci

rozpuszczalnika

Prawo Raoulta

Wzgl

ę

dne obni

ż

enie ci

ś

nienia pary nasyconej rozpuszczalnika nad roztworem

jest równe ułamkowi molowemu substancji rozpuszczonej

0

1

1

0

1

0

1

2

2

1

2

0

0

p

x

p

x

p

p

x

1

p

p

1

x

1

x

1

x

x

x

p

p

p

⋅

=

⇒

=

−

=

−

−

=

⇒

=

+

=

−

Efekt krioskopowy i ebulioskopowy

Wykorzystanie efektu krioskopowego (ebulioskopowego)

do wyznaczania mas molowych

R

S

Kr

S

R

S

S

Kr

S

S

S

Kr

R

S

e

mola

m

T

m

K

M

m

M

m

K

T

M

m

n

K

T

m

n

C

⋅

∆

⋅

⋅

=

⋅

⋅

=

∆

=

∆

=

⋅

=

1000

1000

1000

ln

Rozpuszczalno

ść

•

Roztwór który pozostaje w równowadze z nadmiarem substancji
rozpuszczonej nazywamy roztworem nasyconym.

•

Rozpuszczalno

ść

- st

ęż

enie roztworu nasyconego

•

Rozpuszczalno

ść

zale

ż

y od:

–

Wła

ś

ciwo

ś

ci substancji rozpuszczonej

–

Wła

ś

ciwo

ś

ci rozpuszczalnika

–

Temperatury

–

W przypadku rozpuszczania gazów tak

ż

e od ci

ś

nienia

Etapy procesu rozpuszczania substancji stałej w cieczy

Co oznacza obiegowy pogl

ą

d,

ż

e

„podobne rozpuszcza podobne”?

Rola zmian entropii na przykładzie rozpuszczania NaCl w

wodzie

Wpływ temperatury

•

Rozpuszczalno

ść

gazów w cieczach wraz ze wzrostem temperatury

maleje

•

Rozpuszczalno

ść

ciał stałych w cieczach zmienia si

ę

z temperatur

ą

bardzo ro

ż

nie. Np. przy wzro

ś

cie temperatury od 0oC do 100oC

rozpuszczalno

ść

w wodzie:

–

AgNO3 – zwi

ę

ksza si

ę

o

ś

miokrotnie (z 1220 g do 9520 g)

–

NaCl – prawie si

ę

nie zmienia (z 357 g do 398 g)

–

Li2CO3 – dwukrotnie maleje ( z 15.4 g do 7.2 g)

•

Zmiana rozpuszczalno

ś

ci wraz temperatur

ą

jest

ś

ci

ś

le zwi

ą

zana z

efektem energetycznym procesu rozpuszczania:

–

Je

ż

eli w czasie rozpuszczania ciepło jest pobierane z otoczenia, to

wzrost temperatury zwi

ę

ksza rozpuszczalno

ść

–

Je

ż

eli w czasie rozpuszczania ciepło si

ę

wydziela, to wzrost

temperatury zmniejsza rozpuszczalno

ść

–

Wpływ ci

ś

nienia na rozpuszczalno

ść

•

Rozpuszczalno

ść

gazów w cieczach wzrasta ze wzrostem ci

ś

nienia gazu

nad roztworem.

•

Prawo Henry’ego:

–

W stałej temperaturze ułamek molowy gazu rozpuszczonego w
rozpuszczalniku jest wprost proporcjonalny do jego ci

ś

nienia

cz

ą

stkowego nad rozpuszczalnikiem:

K=p/x gdzie: K – stała Henry’ego, p - ci

ś

nienie cz

ą

stkowe

gazu,
x – ułamek molowy gazu w roztworze

•

Rozpuszczalno

ść

ciał stałych w cieczach i cieczy w cieczach praktycznie

nie zale

ż

y od ci

ś

nienia

Reguła faz Gibbsa

f + s = n + 2

gdzie:
f - liczba faz, s – liczba stopni swobody, n – liczba niezale

ż

nych składników

•

Liczba niezale

ż

nych składników układu – najmniejsza liczba składników

(substancji) wystarczaj

ą

ca do zbudowania całego układu.

•

Liczba stopni swobody – liczba parametrów, które mo

ż

na zmienia

ć

niezale

ż

nie od siebie nie powoduj

ą

c zmiany liczby faz w układzie.

Reguła faz Gibbsa

•

Przykłady:

–

Układ zło

ż

ony z pary wodnej: n = 1, f = 1

→

s = 2

–

Ciekła woda w równowadze z par

ą

: n = 1, f = 2

→

s = 1

–

Woda w punkcie potrójnym: n = 1, f = 3

→

s = 0

–

Roztwór NaCl: n = 2, f = 1

→

s = 3

–

Roztwór NaCl w równowadze z par

ą

: n = 2, f = 2

→

s = 2

–

Nasycony roztwór NaCl w równowadze z par

ą

: n = 2, f = 3

→

s

= 1

Układ dwuskładnikowy ciecz – para.

Obie ciecze rozpuszczaj

ą

si

ę

w sobie w sposób

nieograniczony

Układ dwuskładnikowy ciecz – para.

Obie ciecze rozpuszczaj

ą

si

ę

w sobie w sposób

nieograniczony

Mo

ż

liwo

ść

rozdzielania składników poprzez destylacj

ę

Zestaw do destylacji

Rektyfikacja

Mieszaniny azeotropowe

Topienie strefowe

Równowaga ciało stałe – ciecz.

Mieszanina eutektyczna.