Zmiany stanów skupienia
Krzywa ogrzewania
krzywa chłodzenia
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
Ŝ
one z cz
ęś
ci
ró
Ŝ
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
Ŝ
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
Ŝ
ony.
•
Fazy znajduj
ą
ce si
ę
w układzie wielofazowym mog
ą
mie
ć
ten sam skład
lub te
Ŝ
ro
Ŝ
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
Ŝ
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
Ŝ
nych fazach
•
Przemiany fazowe i reakcje chemicznie istotnie si
ę
ró
Ŝ
ni
ą
. Cech
ą
wspóln
ą
obydwu jest to,
Ŝ
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
Ŝ
ne atomy, cz
ą
steczki czy te
Ŝ
jony.
•
W przypadku roztworów ciekłych operujemy cz
ę
sto poj
ę
ciami
rozpuszczalnik i substancja rozpuszczona. Zwykle miana rozpuszczalnik
u
Ŝ
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
Ŝ
ania st
ęŜ
e
ń
•
St
ęŜ
enie molowe – liczba moli substancji rozpuszczonej zawarta w 1
dm3 roztworu
•
St
ęŜ
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
ęŜ
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
Ŝ
w roztworze
•
Ci
ś
nienie pary nasyconej rozpuszczalnika nad roztworem jest mniejsze
ni
Ŝ
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
Ŝ
sze temperatury wrzenia.
•
Roztwory w stosunku do czystego rozpuszczalnika maj
ą
ni
Ŝ
sze
temperatury krzepni
ę
cia
•
W przypadku roztworów rozcie
ń
czonych obni
Ŝ
enie temperatury
krzepni
ę
cia czy pr
ęŜ
no
ś
ci pary mało zale
Ŝ
y od natury substancji
rozpuszczonej. Zale
Ŝ
y natomiast od jej st
ęŜ
enia.
Wpływ substancji rozpuszczonej na wła
ś
ciwo
ś
ci
rozpuszczalnika
Prawo Raoulta
Wzgl
ę
dne obni
Ŝ
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
ęŜ
enie roztworu nasyconego
•
Rozpuszczalno
ść
zale
Ŝ
y od:
–
Wła
ś
ciwo
ś
ci substancji rozpuszczonej
–
Wła
ś
ciwo
ś
ci rozpuszczalnika
–
Temperatury
–
W przypadku rozpuszczania gazów tak
Ŝ
e od ci
ś
nienia
Etapy procesu rozpuszczania substancji stałej w cieczy
Co oznacza obiegowy pogl
ą
d,
Ŝ
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
Ŝ
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
Ŝ
eli w czasie rozpuszczania ciepło jest pobierane z otoczenia, to
wzrost temperatury zwi
ę
ksza rozpuszczalno
ść
–
Je
Ŝ
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
Ŝ
y od ci
ś
nienia
Reguła faz Gibbsa
f + s = n + 2
gdzie:
f - liczba faz, s – liczba stopni swobody, n – liczba niezale
Ŝ
nych składników
•
Liczba niezale
Ŝ
nych składników układu – najmniejsza liczba składników
(substancji) wystarczaj
ą
ca do zbudowania całego układu.
•
Liczba stopni swobody – liczba parametrów, które mo
Ŝ
na zmienia
ć
niezale
Ŝ
nie od siebie nie powoduj
ą
c zmiany liczby faz w układzie.
Reguła faz Gibbsa
•
Przykłady:
–
Układ zło
Ŝ
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
Ŝ
liwo
ść
rozdzielania składników poprzez destylacj
ę
Zestaw do destylacji
Rektyfikacja
Mieszaniny azeotropowe
Topienie strefowe
Równowaga ciało stałe – ciecz.
Mieszanina eutektyczna.