Omówić pojęcie: układ, otoczenie, parametry stanu układu:
Układ – przez układ rozumiemy pewną sztucznie wydzieloną część świata
materialnego, która stanowi obiekt naszych badań.
Otoczenie – wszystko co znajduje się poza układem nazywamy
otoczeniem.
Parametry stanu – są to wielkości fizyczne określające stan układu (np. m,
V, T, p, stężenie C
i
)
Co to jest energia wewnętrzna, co to są funkcje stanu?
Energia wewnętrzna – suma wszystkich rodzajów energii układu, w
danych warunkach nazywamy energią wewnętrzną układu i oznaczamy
małą literką „u”. Energie wewnętrzną 1mola substancji oznaczamy duża
literką „U”. Na całkowitą energię układu, którą nazywać będziemy energią
wewnętrzną układu (U) składają się: energia potencjalna i kinetyczna
makroskopowych części układu, energia kinetyczna cząstek, energia
potencjalna oddziaływań między cząsteczkowych i wewnątrz
cząsteczkowych itp.
Funkcja stanu – są to funkcje parametrów stanu określających stan
układu. Można nimi jednoznacznie opisać układ.
Omówić pierwszą zasadę termodynamiki.
Pierwsza zasada termodynamiki stwierdza, że energia nie może powstać
z niczego, a jedynie może zmieniać się z jedne formy energii w inną.
Jeżeli do układu doprowadzimy pewną ilość energii na sposób cieplny Q
oraz wykonamy na korzyść układu pracę W (wszystkie pozostałe formy
energii) to przyrost energii wewnętrznej układu ΔU wyniesie:
ΔU= Q +
W
Energia wewnętrzna jest funkcją parametrów stanu, natomiast energia
przekazana na sposób ciepła oraz pracy nie są funkcjami stanu, ich
wielkość zależy więc od sposobu dokonywania przemian. Ciepło Q
doprowadzone do układu oraz pracę W wykonaną na korzyść układu
(doprowadzoną do układu) przyjmujemy za dodatnią.
Omówić co to jest entalpia i podać odpowiednie zależności:
Entalpia – podobnie jak energia wewnętrzna, entalpia układu jest
jednoznaczną funkcją zmiennych stanu układu.
H = U + pV
Po zróżniczkowaniu równania otrzymujemy:
dH = dU + pdV + Vdp
p=const
dH = dU + pdV
a więc:
Q
p
= ΔH = ΔU + pdV
Zmiana entalpii układu ΔH równa jest ilości wymienionej energii na sposób
cieplny Q
p
, gdy proces dokonuje się w stałej temperaturze i pod stałym
ciśnieniem. Jeżeli w reakcji, obok ciał stałych i cieczy biorą udział gazy,
wtedy zmianę objętości ciał stałych i cieczy można zwykle pominąć jako
bardzo małe w stosunku do zmiany objętości gazów. Jeżeli ponadto
przyjmuje się, że gazy stosują się do praw gazu doskonałego , to możemy
założyć, że pod stałym ciśnieniem i w stałej temperaturze:
pΔV =
RTΔn
g
Wówczas molowa entalpia reakcji Δ
r
H będzie równa: Δ
r
H= Δ
r
U + RTΔn
g
We wzorze tym Δn
g
oznacza zmianę licz moli gazowych reagentów w
wyniku reakcji: Δn
g
= Σn” – Σn’
Σn” – suma ilości moli produktów gazowych
Σn’ – suma ilości moli substratów gazowych
Jak definiuje się ciepło molowe w stałej objętości i pod stałym
ciśnieniem ?
Jeżeli do układu o temperaturze T doprowadzimy pod stałym ciśnieniem
niewielką ilość energii, to entalpia układu wzrośnie o ðh z temperaturą
układu o ðT (jeżeli nie zachodzą w układzie przemiany fazowe). Stosunek
przyrostu entalpii do przyrostu temperatury, gdy przyrost temperatury dąży
do zera, nazywamy pojemnością cieplną układu C
p
, pod stałym
ciśnieniem w temperaturze T:
C
p
= (ðH / ðT )
p
= dQ
p
/ dT
Podobna zależność zachodzi dla układu w stałej objętości. Pochodną
cząstkową energii wewnętrznej względem temperatury w stałej objętości,
nazywamy pojemność cieplną układu w stałej objętości C
v
:
C
v
= (ðU / ðT )
v
= dQ
v
/ dT
Pojemność cieplną 1kg substancji nazywamy ciepłem właściwym i
oznaczamy małymi literami c
v
i c
p
. Jednostką jest dżul na kilogram i kelwin
o symbolu [J kg
-1
K
-1
]
Pojemność cieplną 1mola substancji nazywamy ciepłem molowym i
oznaczamy dużymi literami C
v
i C
p
. Jednostką jest dżul na mol i kelwin o
symbolu [J mol
-1
K
-1
]
Wyprowadzić zależność między C
p
a C
v
dla gazu doskonałego:
dH / dT = dU / dT + d(pV) / dT
dla 1 mola pV = RT
dH / dT = dU / dT + d(RT) / dT = dU / dT + R
dH / dT = C
p
dU / dT = C
v
stąd: C
p
= C
v
+R
R = C
p
- C
v
Omówić energię i entalpię reakcji.
Z reakcją wiąże się zmiana energii wewnętrznej reakcji i entalpii
aA + bB cC + dD
Zmiana molowej wewnętrznej energii reakcji wynosi:
Δ
r
U = d*U
D
+ c*U
c
– b*U
b
– a*U
a
T = const
Δ
r
U = U
produktów
– U
substratów
= Q
V,T
Zakładamy, że układ reakcyjny przereaguje całkowicie do końca. Stan
końcowy – w równowadze niema substratów, przereagowały do końca.
Molowa entalpia reakcji:
Δ
r
H = d*H
D
+ c*H
c
– b*H
b
– a*H
a
Δ
r
H = H
produktów
– H
substratów
= Q
p,T
Wszystkie reakcje chemiczne związane są z efektami cieplnymi. Entalpia
reakcji może być dodatnia albo ujemna.
Jeżeli Δ
r
U < 0 lub Δ
r
H < 0 oznacza to, że z układu zostało odprowadzone
ciepło (wydziela się ciepło) zachodzi reakcja egzotermiczna.
Jeżeli Δ
r
H < 0 lub Δ
r
U < 0 oznacza to, że z układu pobiera ciepło z
otoczenia (przyjmuje ciepło) zachodzi reakcja endotermiczna.
Podaj zależność między energią wewnętrzną a entalpią reakcji.
dH = dU + pdV + Vdp
gdy p = const,
Δ
r
H = Δ
r
U + pΔV
ΔV – jest to zmiana objętości układu towarzyszącym reakcji. Dla układów
skondensowanych (ciekłych lub stałych) o małej objętości: Δ
r
H=Δ
r
U
Dla gazów zmian ilości moli gazowych reagentów to pΔV = RT Δn
g
Δ
r
H = Δ
r
U + RT Δn
g
Podać treść i omówić prawo Hessa.
Prawo Hessa stwierdza , że wartości Δu i Δh danego procesu zależą
jedynie od stanu początkowego i końcowego układu, a nie zależą od
stanów pośrednich, przez które układ przechodzi w czasie trwania
procesu.
Rozpatrując przebieg procesu na różnych drogach, raz jako bezpośredni,
drugi raz poprzez stany pośrednie, to zgodnie z prawe Hessa wartość Δh
(bądź Δu) w obu przypadkach są równe jeśli tylko stan koćowy i
początkowy jest taki sam.
Jeżeli procesem jest reakcja chemiczna to wartości Δ
r
H i Δ
r
U nie zależą
od sposobu przeprowadzenia reakcji, lecz jedynie od rodzaju substratów i
produktów reakcji. Konsekwencją tego jest możliwość dodawania i
odejmowania równań reakcji. Wartości Δ
r
H i Δ
r
U dodaje się i odejmuje w
taki sam sposób, jak równania reakcji, których te funkcję dotyczą.
Korzystając z prawa Hessa możemy obliczyć Δ
r
h i Δ
r
u wielu procesów dla
których nie znamy tych wartości, a nawet takich, dla których nie można ich
bezpośredni zmierzyć.
Δh
1
= Δh
2
+ Δh
3
= Δh
4
+ Δh
5
+ Δh
6
Podać definicję molowej entalpii spalania, sposób jej wyznaczania i
omówić warunki standardowe.
Molowa entalpia spalania jest równa zmianie entalpii układu reakcji
całkowitego wpalania w tlenie, jednego mola badanej substancji w
warunkach standardowych, przy czym jako produkty spalania powstają
CO
2
, SO
2
, N
2
w stanie gazowym a H
2
O w stanie ciekłym.
Entalpie spalania wyznacza się w bombach kalorymetrycznych ( naczynie
stalowe o objętości 300 cm
3
). Do obliczeń termodynamicznych za stan
standardowy przyjmuje się z reguły p = 1 atm = 101325 Pa, T = 298,15 K.
Omówić molowe entalpie tworzenia pierwiastków i związków
chemicznych/
Molowa entalpia tworzeni pierwiastków. Zostało przyjęte, że dla
pierwiastków w stanie czystym w podstawowej przemianie alotropowej
wynosi zero, np. Δ
tw
H
0298(grafit)
= 0, Δ
tw
H
0298(diament)
= 1,895 kJ/mol i
Δ
tw
H
0298(S rombowa)
= 0,
Δ
tw
H
0298(S jednoskośna)
= 0,297 kJ/mol
Standardowa entalpia tworzenia substancji ( związków chemicznych) –
jest róan entalpii reakcji syntezy 1 mola danej substancji pod stałym
ciśnieniem p
0
w temp T = 298,15 substancji prostych w trwałych
warunkach syntezy.
Podać definicję i omówić energię wiązania chemicznego.
Standardowa molowa energia wiązania chemicznego jest równa średniej
zmianie energii układu podczas procesu w wyniku którego pod stałym
ciśnieniem p
0
w temperaturze 298,15 K w gazowych cząstkach danego
związku zostaje zerwany jeden mol określonych wiązań i zostaną
utworzone atomy lub rodniki. Jeżeli w cząsteczce zostaną rozerwane
wszystkie wiązani powstaje gaz jednoatomowy. Na podstawie energii
wiązań można obliczyć w sposób przybliżony entalpię tworzenia takich
związków, dla których brak jest danych doświadczalnych. Możemy
również na tej podstawie obliczyć entalpie praktycznie dowolnej reakcji.
Wyprowadzić i omówić prawo Kirchoffa.
Δ
r
H = H
produktów
– H
substratów
(ðΔ
r
H / ðT)
p
= (ðΔ
r
H
prod
/ ðT)
p
- (ðΔ
r
H
subs
/ ðT)
p
(ðH / ðT)
p
= C
p
(ðΔ
r
H / ðT)
p
= C
p prod
- C
p subs
= ΔC
p (regentów)
(ðΔ
r
H / ðT)
p
= ΔC
p
Δ
r
H
T2
= Δ
r
H
T1
+
T1
∫
T2
ΔC
p
dT
(ðΔ
r
H / ðT)
V
= ΔC
V
Δ
r
H
T2
= Δ
r
H
T1
+
T1
∫
T2
ΔC
V
dT
C
p
– jest to różnica pomiędzy ciepłami molowymi produktów i substratów
reakcji, obliczona według równania stechiometrycznego reakcji.
Przedstawić na wykresach zależność entalpii reakcji od temperatury
dla reakcji endotermicznej i egzotermicznej.
Zależność entalpii reakcji od temperatury dla reakcji endotermicznej:
(1) + (2) = (3) + (4)
Zależność entalpii reakcji od temperatury dla reakcji endotermicznej
(1)+ (2) = (3) + (4)
Podać przykłady procesów odwracalnych i nieodwracalnych i
omówić w jakich warunkach one przebiegają.
Proces odwracalne spełniają następujące warunki:
-układ przechodzi w nim poprzez te same stany pośrednie, co w procesie
pierwotnym lecz w odwrotnej kolejności
-układ wymienia z tym procesie z otoczeniem ilości masy, ciepła i pracy
różniące się jedyne znakiem od wymienionych w procesie pierwotnym. W
ten sposób po zakończeniu proces odwracalnego nie pozostanie żaden
ślad ani w układzie, ani w jego otoczeniu. Proces, który nie spełnia
chociażby jednego z warunków nazywamy procesem nieodwracalnym.
Proces nieodwracalne są to procesy samorzutne.
Dla przemiany odwracalnej zachodzi równość: ΔS = Q
odwr
/T
Dla przemiany nieodwracalnej: ΔS > Q
odwr
/T
Podać definicję entropii i kilka definicji II zasady termodynamiki.
Entropia jest to funkcja stanu tzn. zmiany jej wartości zależą tylko od
początkowego i końcowego stanu układu, a nie od drogi procesu. Entropia
służy do określania procesów odwracalnych i nieodwracalnych – jest
miarą odwracalności procesów.
dS = dQ
odwrac
/ T
ΔS
I , II
=
I
∫
II
dS =
I
∫
II
dQ
odwrac
/ T
Jeżeli T
układu
= T
otoczenia
to:
dS
układu
= dQ
odwrac
/ T
układu
dS
otoczenia
= - dQ
odwrac
/ T
otoczenia
Różne sformułowania II zasady termodynamiki:
1.Entropia jest funkcją stanu.
2.Łączny przyrost entropii układu i otoczenia może być tylko dodatni lub
równy 0
3.Ciepło nie może przechodzić od ciała zimniejszego do cieplejszego
4.Zmiana pracy na ciepło w skutek tarci jest nieodwracalna
5.Czas jest wielkością jednokierunkową.
Podać podstawowe równania reprezentujące I i II zasadę
termodynamiki.
II zasda termodynamiki:
Dla przemiany odwracalnej: ΔS = Q
odwr
/T
Dla przemiany normalnej: ΔS >= Q
odwr
/T
I zasada termodynamiki:
ΔU = Q + W ; dU = dQ + dW ; dU = dQ – pdV ; dQ = dU + pdV
dS >= (dU + pdV) / T ; TdS >= dU +pdV; dU – TdS =< -pdV
T = const to dT = 0
d(U-TS) =< -pdV
Omówić funkcją F zwaną energią swobodną.
Jest to funkcja termodynamiczna, która jest funkcją stanu:
def: F = U – TS
d(U – TS) =< -pdV ; dF =< dW ; ΔF =< W
W przemianie izotermicznej odwracalnej ΔF = W a w przemianie
izotermicznej nieodwracalnej ΔF < W. W przemianie izotermiczno -
izochorycznej gdy T = const i V = const ΔF =< 0, gdy przemiana jest
odrwacalna to ΔF = 0, gdy przemian jest nieodwracalna to ΔF < 0.
Omówić funkcją G zwaną entalpią swobodną.
Entalpia swobodna układu ( zwana też energią swobodną Gibbsa lub
potencjałem termodynamicznym)
def: G = H – TS
dU – TdS =< -pdV ; dU – TdS + pdV =< 0
w przemianie izotermiczno- izobarycznej (T,p=const)
d(U + pV – TS) =< 0 , d(H – TS) =< 0 ; dG =< 0
W przemianie izotermiczno – izobarycznej dal procesów odwracalnych ΔG
= 0 a dla procesó nieodwracalnych < 0.
Podać i omówić warunki równowagi termodynamicznej.
Równowaga termodynamiczna – jest to taki stan układu w którym w
danych warunkach nie zachodzą żadne procesy makroskopowe. Aby
układ był w stanie równowagi termodynamicznej muszą być spełnione 3
warunki: Układ musi znajdować się w równowadze termicznej – układ i
otoczenie mają taką samą temperaturę, niema różnicy temperatur. Układ
znajduje się w stanie równowagi mechanicznej – nie występują w układzie
żadne niezrównoważone siły . Układ musi znajdować się w stanie
równowagi chemicznej tzn. że muszą być zakończone wszystkie reakcje
chemiczne ( układ ma stały skład jakościowy i ilościowy)
Samorzutny: ΔS>0 i rośnie; ΔF < 0 i maleje ; ΔG < i rośnie.
Wyprowadzić wzory różniczkowe na dU i dF ( jako funkcje m.in.
entropii S) i wnikające z nich wzory na pochodne cząstkowe.
a) dS = dQ / T ; dQ = TdS; dU = dQ – pdV ; dU = TdS - pdV
jeżeli V = const to (ðU / ðS)
V
= T
jeżeli S = const to (ðU / ðV)
S
= - p
b) F = U – TS ; dF = dU – TdS – SdT ; dF = TdS – pdV – TdS – SdT;
dF = - SdT - pdV
jeżeli V = const to (ðF / ðT)
V
= - S
jeżeli T = const to (ðF / ðV)
T
= - p
Wyprowadzić wzory różniczkowe na dH i dG ( jako funkcje m.in.
entropii S) i wnikające z nich wzory na pochodne cząstkowe.
a) H = U +pV ; dH = dU + pdV + Vdp ; dH = TdS – pdV + pdV + Vdp
dH = TdS + Vdp
jeżeli p = const to (ðH / ðS)
p
= T
jeżeli S = const to (ðH / ðp)
V
= V
b) G = H – TS ; dG = dH – TdS – SdT ; dG = TdS + Vdp – TdS – SdT
dG = - SdT + Vdp
jeżeli p = const to (ðG / ðT)
p
= - S
jeżeli T = const to (ðG / ðp)
T
= V
Wyprowadzić i omówić równania Gibbsa-Helmholtza.
F = U - TS ; G = H – TS
(ðF / ðT)
V
= - S ; (ðG / ðT)
p
= - S
F = U + T(ðF / ðT)
V
; G = H + T(ðG / ðT)
p
ΔF = ΔU + T(ðΔF / ðT)
V
; ΔG = ΔH + T(ðΔG / ðT)
p
Równania Gibbsa-Helmholotza wyrażają zależność ΔF i ΔG od
temperatury.
Podaj równanie entropii jako funkcji temperatury w stałej objętości i
pod stałym ciśnieniem.
(ðS / ðT)
V
= C
v
/ T
(ðS / ðT)
p
= C
p
/ T
Podać teoremat Nernsta i określić na jakiej podstawie został on
sformułowany.
(ðS / ðT)
p
= C
p
/ T jeżeli p=const to dS = (Cp/T)dT
S0
∫
S
dS =
T=0
∫
T
(Cp/T)dT ; S = S
0
+
0
∫
T
(Cp/T)dT
S
0
– entropia ciała w temp 0 bezwzględnego
ΔG i ΔH oraz ΔF i ΔU zbliżają się do siebie asymptotyczne gdy
temperatura dąży do 0. W temperaturze zera bezwzględnego:
lim
T-0
(ðΔG / ðT)
p
= lim
T-0
(ðΔH / ðT)
p
= 0
lim
T-0
(ðΔF / ðT)
V
= lim
T-0
(ðΔU / ðT)
V
= 0
(ðΔG / ðT)
p
= - ΔS
(ðΔF / ðT)
V
= - ΔS
stąd : lim
T-0
ΔS = 0
Teoremat Nernsta – ustala, że różnica entropii produktów i substratów w
układach skondensowanych zdążą do zera gdy temperatura zdąża do
zera.
Omówić III zasadę termodynamiki, wnioski z niej wypływające i
podać przykłady substancji, które nie są ciałami planckowskimi.
Def: Entropia molowa czystych substancji krystalicznych równa jest zeru w
temperaturze zera bezwzględnego.
Jeżeli S = 0 bezwzględnemu to ciała takie nazywamy ciałami
planckowskimi. Substancjami krystalicznymi , które nie spełniają III zasady
termodynamiki są: tlenek węgla CO i tlenek azotu NO.
Wniosek z III zasady termodynamiki:
lim
T-0
ΔC
p
= 0
Ciepła molowe wszystkich substancji w zerze bezwzględnym mają
wartość zero.
Porównać siły wzajemnego oddziaływania, odległości i stopień
uporządkowania cząsteczek w gazach, cieczach i ciałach stałych.
Gazy – gazami nazywamy substancje, które nie wykazują własnego
kształtu ani objętości i nie mają swobodnej powierzchni. Siły
oddziaływania między cząsteczkowego są znikome, a odległości między
cząsteczkami są znaczne. Cząstki poruszają się chaotycznie, zderzają się
między sobą, cząstki wypełniają równomiernie całą przestrzeń naczynia w
którym się znajdują.
Ciecze – w cieczach cząstki znajdują się bliżej siebie niż w gazach, więc
siły oddziaływań między cząstki są większe niż w gazach. Cząstki mogą
się swobodnie poruszać, łatwo przybierają kształt naczynia, nie wypełniają
całej objętości, mają powierzchnie swobodną.
Ciała stałe – cząsteczki są blisko siebie, siły oddziaływania między
cząsteczkami są dużo większe niż w cieczach, mają małą swobodę ruchu,
cząstki wykonują drgania (tworzą kryształy, ta sama substancja może
tworzyć kilka odmian krystalicznych, cząsteczki mają ograniczoną
możliwość przesuwania się.
Wszystkie substancje mogą występować jako ciała stałe, gazy i ciecze:
Omówić model gazu doskonałego, prawo Boyle’a – Mariotte’a i prawo Gay
– Lussaca.
Podstawowy model gazu doskonałego. Założenia: cząsteczki gazu są
punktami materialnymi, cząsteczki nie oddziaływają na siebie wzajemnie,
cząsteczki poruszają się ruchem liniowym (prostoliniowym) między
zderzeniami, cząsteczki ulegają zderzeniom doskonale sprężystym.
Prawo Boyle’a – Maritte’a:
Przemiana izotermiczna. Założenie: nie zmienia się ilośc substancji
n=const i T = const czyli pV = const
Wykres izoterm gazu doskonałego w różnych temperaturach
Prawo Gay – Lussaca:
Przemian izobaryczna, założenie n= const i p = const czyli V / T = const
Omówić prawo Charlesa, kombinację praw gazowych i prawo
Avogadro.
Przemiana izochoryczna:
Założenie n = const, V = const czyli
p/T = const
Wykres izochor gazu doskonałego przy różnych objętościach.
Kombinacja praw gazowych: założenie n=const to pV / T = const
Prawo Avogadra – jednakowe objętości różnych gazów w tych samych
warunkach ciśnienia i temperatury zawierają jednakową liczbę cząstek.
Stała Avogadro (liczba Avogadro) – jest to ilość materii, podaje ile sztuk
cząstek odpowiada na 1 mol. Obowiązująca N
A
= 6,0221367(36)*10
23
[1/mol] i korygowana (przez IUPAC) N
A
= 6,02214199(47)*10
23
Objętość molowa w warunkach T=203,15 i p=p
0
standardowych V
0
=
0,002241399(4) m
3
/mol
mol.
Podać i omówić prawo gazu doskonałego i prawo Daltona.
pV = nRT
R – stała gazowa, obowiązująca R = 8,314510(70) J/ (mol*K) i wyrównana
R = 8,314472(15) J/ (mol*K), dla gazu doskonałego
R = C
p
- C
v
Prawo Daltona – całkowite ciśnienie mieszaniny gazów równe jest sumie
ciśnień cząstkowych poszczególnych składników.
p = p
1
+ p
2
+ p
3
+ … = ∑p
i
Ciśnieniem cząstkowym – nazywamy ciśnienie jakie wywierałby dany
składnik mieszaniny gdyby on sam wypełniał całą przestrzeń jaką zajmuje
mieszanina w danej temperaturze:
p
i
= n
i
*[ (R*T) / V]
p= n
1
*[ (RT) / V] + n
2
*[ (RT) / V] + …
p = (n
1
+ n
2
+ …) RT/V
p = (∑n
i
) RT/V
Omówić współczynnik ściśliwości i temperaturę Boyle’a.
Dla gazów rzeczywistych występują następujące oddziaływania.
Dla gazu doskonałego współczynnik ściśliwości z= pV / RT
Dla gazów rzeczywistych „z” jest różne dla różnych gazów i zależy do
temperatury:
Przy niższych temperaturach maleje współczynnik ściśliwości. Jeżeli z<1
to gaz wykazuje ujemne odchylenie od prawa gazu doskonałego, z>1 to
gaz wykazuje dodatnie odchylenie od prawa gazu doskonałego. Dla
wszystkich gazów w niskich temperaturach „z” ma wartość <1. Najniższa
temperatura powyżej której współczynnik ściśliwości przyjmuje wartość >=
1 nosi nazwę temperatury Boyle’a. Im temperatura Boyle’a jest wyższa
tym gaz łatwiej się skrapla. Dla CO
2
temp. Boyle’a = 773 K (łatwo się
skrapla), a dla H
2
temp. Bolye’a = 193K (bardzo trudno się skrapla).
Wykazać ile wynosi objętość wyłączona na 1 mol cząsteczek gazu o
jednakowych średnicach.
pV = nRT
p(V – nb) = nRT gdzie b- to objętość niedostępna dla jednej cząstki gazu.
4/3 π(2r)
3
= 8[4/3 π r
3
] – objętość wyłączona dla pary cząsteczek
½ *8 [4/3 π r
3
] = 4 [4/3 π r
3
] – średnia objętość wyłączona dla jednej
cząstki. Jeżeli jest 1 mol cząstek gazu o jednakowych średnicach to
objętość wyłączona równa jest : b = 4 [4/3* π r
3
]*N
A
Podać i omówić równanie wan der Walsa.
Równanie vdV służy do opisywania gazów rzeczywistych przy niskich
temperaturach i wyższych ciśnieniach. Wprowadził dwie poprawki do
modelu gazu doskonałego (równia stanu gazu doskonałego): uwzględnił
objętość własną cząstek, uwzględnił siły przyciągania między cząstkami w
gazie.
pV = nRT ; p(V – nb) = nRT ; (p
wew
+ p
cał
)(V – nb) = nRT
p
wew –
jest proporcjonalne do kwadratu gęstości gazów = a*(n
2
/V
2
),
a - stała proporcjonalna
( p + (an
2
)/V
2
) ( V – nb) = nRT
Pełne równanie van der Walsa dal gazów rzeczywistych; a, b – stałe
zależą od rodzaju gazów ( są różne dla różnych gazów). W granicznych
przypadkach kiedy n maleje a V rośnie sprowadza się do równania gazu
doskonałego pV = nRT.
Czym różni się równie van der Walsa od równia gazu doskonałego
Wprowadził dwie poprawki do modelu gazu doskonałego (równia stanu
gazu doskonałego): uwzględnił objętość własną cząstek, uwzględnił siły
przyciągania między cząstkami w gazie.
Podać i omówić inne równania opisujące gazy rzeczywiste poza
równaniem wan der Walsa.
Równanie Berthelota – jest to zmodyfikowane równanie wan der Walsa,
siły przyciągania nie zleżą tylko od odległości i gęstości ale także od
temperatury: ( p + (an
2
)/TV
2
) ( V – nb) = nRT
Równanie wirialne – w dowolnych warunkach z dowolną ilością stałych,
najprostsza postać: pV = n(RT – Bp)
)
Na wykresie p = f(V) narysować izotermę krytyczną i zanaczyć
obszary gazu, pary nienasyconej pary w równowadze z cieczą i
cieczy. Podać definicję T
kr
, p
kr
, V
kr
.
Temperatura krytyczna – nazywa się najniższą temperaturę w której gaz
nie daje się skroplić lub najwyższej w której daje się skroplić .
Ciśnienie krytyczne – jest to ciśnienie, które jest potrzebne do skroplenia
gazu w temperaturze krytycznej.
Objętość krytyczna – jest to objętość jaką zajmuje 1 mol gazu w
temperaturze krytycznej i pod ciśnieniem krytycznym.
T
kr
, p
kr
, V
kr
– są charakterystyczne dla każdego gazu ( są podawane w
tablicach)
Podać na jakiej podstawie i przy jakich założeniach można powiązać
stałe równania van der Walsa z parametrami krytycznymi. Podać
takie zależności dla stałych „a” i „b” , bez wyprowadzania.
Izoterma van der Walsa ma tylko punk przegięcia i można ją przyrównać
do izotermy krytycznej i stałe wyrazić za pomocą parametrów krytycznych.
( p + (an
2
)/V
2
) ( V – nb) = nRT dla n = 1 mol
( p + a/V
2
) ( V – b) = RT. Zapisujemy p jako funkcję V i przypisujemy ją do
izotermy krytycznej i różniczkujemy .
p = RT / (V - b) – a / V
2
dp / dv = 0
i następnie d
2
p / dv
2
= 0
Stale wyrażone za pomocą parametrów krytycznych:
a = 3 p
kr
V
kr2
; b = 1/3 V
kr
; R = ( 8 p
kr
V
kr
) / 3T
kr
Podać równanie określające wielkość siły potrzebnej do przesunięcia
jednej warstwy gazu względem drugiej. Podać jednostki i wymiar
współczynnika lepkości dynamicznej.
Siła F potrzebna do przesunięcia jednej warstwy gazu względem drugiej
F = η A dV/dx dV – gradient prędkości, dx – gradient powierzchni, η –
współczynnik lepkości dynamicznej
F = [N] , η = [N*S / m
2
], dx = [m
2
], dV = [m/s]
Lepkość cieczy i gazów wyznacza się za pomocą centypauzów.
1P = 10
-1
N*S/m
2
; 1 cP = 10
-3
N*S/m
2
Napisz równanie pozwalające na doświadczalne wyznaczenie
współczynnika lepkości dynamicznej i równanie pozwalające na jego
wyznaczenie za pomocą wielkości charakteryzujących cząsteczkę
danego gazu. Od czego zależy a od czego nie zależy lepkość gazów.
Równanie no objętościowy przepływ w rurze
p
1
– p
2
= Δp – różnica ciśnień podczas przepływu. L –długość rury, R –
promień rury
V = [(π Δp R
4
) / (8 η l)]*t
Lepkość można bezpośredni wyznaczyć z wielkości charakterystycznej
danego gazu.
η = 1 / (π δ
2
) √(mkT / 6)
gdzie δ – efektywna średnica cząstek
gazu , m – masa cząsteczki gazu k – stał Boltzmana = 1,320685(12)*10
-23
J/K
Ze wzrostem temperatury lepkość gazów rośnie, na odwrót jest przy
cieczach, lepkość gazów nie zależy od gęstości ani od ciśnienia, zależy
jednak od temperatury.
Podać i omówić praw Ficka.
Równanie na szybkość dyfuzji – I prawo Ficka
dn/dt = - DS dc/dx
gdzie : dn/dt – szybkość dyfuzji [ mol/s] ;
D – współczynnik dyfuzji [m
2
/s]; S – powierzchnia prze którą przechodzi
dyfuzja [m
2
]; dc/dx – gradien stęzeń [mol/m
4
]
Równanie dyfuzji - II prawo Ficka
dc/dt = D d
2
c/dx
2
Określić współczynnik dyfuzji za pomocą wielkości
charakteryzujących dany gazy. Omówić zjawisko termodyfuzji.
Współczynnik dyfuzji na podstawie wielkości charakteryzujących dany
gaz. D = 1/3
-
u
-
* l gdzie D – współczynnik dyfuzji [m
2
/s]; u – średnia
prędkość cząsteczek gazu [m/s] (rośnie ze wzrostem temperatury) l –
średnia droga swobodna gazu [m] ( maleje ze wzrostem ciśnienia)
Ze wzrostem temperatury wartość współczynnika dyfuzji rośnie, a ze
wzrostem ciśnienia maleje.
Termodyfuzja – jest zjawiskiem zachodzącym po wytworzeniu stałej
różnicy temperatur w naczyniu zawierającym dwóch lub więcej gazów.
Prowadzi to do wytworzenia różnicy stężeń składników. Zjawisko to jest
wykorzystywane do rozdzielania izotopów. .
W wyższej temperaturze następuje gromadzenie się cząsteczek lżejszych
a w niższej cięższych .
Omówić zjawisko transfuzji i efuzji. Przedstawić prawo efuzji
Grahama.
Transfuzja – przenikanie gazów przez porowate ścianki. Efuzja –
przenikanie przez małe otworki.
Kryształ jest płynny jak zazwyczja cieczPrawo efuzji Grahama – w stałej
temperaturze i przy stałej różnicy ciśnień, szybkość efuzji różnych gazów
są proporcjonalne do pierwiastka kwadratu z gęstości gazów.
ρ = W / V ; W = M ; RT / p
ρ=Mp / RT
u
1
/ u
2
= √ (M
1
p / RT) / (M
2
p / RT) = √ M
1
/ M
2
Przedstawić na wykresie energię przyciągania, odpychania i
ogólnego oddziaływania między cząsteczkami cieczy w zależności od
średniej odległości między cząsteczkami.
U
1
– siły przyciągania ; U
2
– siły odpychania ; U – średnia energia
oddziaływania między cząsteczkami cieczy
U
1
= - C’ / r
n1 – 1
; U
2
= C” / r
n2 – 1
; r
0
– odległość między cząsteczkami
jakiejś cieczy w danych warunkach.
F = - C
1
/ r
n1
+ C
2
/ r
n2
; F * r = U
Najmniejsza odległość z jaką cząsteczki się nazywamy promieniem sfery
oddziaływania między cząsteczkowego (1*10
-9
m)
Omówić składowe całkowitej energii wiązania van der Waalsa.
Na siły van der Waalsa oddziaływają następujące siły oddziaływania
między cząsteczkowego: efekt orientacyjny, efekt indukcyjny, efekt
dyspersyjny: U
vdW
= U
or
+ U
ind
+ U
dys
Efekt orientacyjny – przyciąganie dipol-dipol: U
or
= - 2/3 (μ
4
/ r
6
kT)
Efekt indukcyjny – dipol może działać na cząsteczkę sąsiednią i
wytwarzać indukcyjny moment dipolowy: U
ind
= -2αμ / r
6
Efekty dyspersyjny (siły dyspersyjne) – wynikają z ruchu elektronów
U
dys
= - ¾ (h V
0
α/ r
6
)
μ – trwały moment dipolowy cząsteczki ; k – stała Boltzmana ; r –
odległość między cząsteczkami, T – temperatura, α – polaryzowalność
cząsteczki, h – stała Plancka ; V
0
– częstotliwość drgań cząsteczek
Omówić wiązanie wodorowe.
Związane jest ze specyficzną budową cząsteczek. Występuje w kwasach,
alkoholach, aminach, w związkach gdzie jest wodór i następuje
przemieszczenie ładunku O-H, F-H, N-H
Omówić pojęcie lepkości cieczy i równanie Newtona.
F = η A dV/dx , η – współczynnik lepkości dynamicznej,
A – pole przesuwanej warstwy cieczy.
Podać definicję lepkości kinetycznej i wymiary współczynników
lepkości dynamicznej i kinetycznej.
Lepkość kinetyczna – jest to stosunek lepkości dynamicznej do gęstości:
V = η / ρ
Lepkość kinetyczna jest wyrażana w Stokesach:
Stokes [St] – 10
-4
[m
2
/s] ; centystokes [cSt] = 10
-6
[m
2
/s]
Lepkość dynamiczna jest wyrażana w pauzach:
Pauz [P] – 0,1 [Ns/m
2
] ; centpauz [cP] – 0,001 [Ns/m
2
]
Omówić równanie Poiseuille’a i równanie Stokes’a.
równanie Poiseuille’a - pozwala na wyznaczenie lepkości dynamicznej
F = 8 π η l V gdzie l – to przepływ kapilarny, V – szybkość przepływu
równanie Stokes’a – pozwala na obliczenie lepkości
F = 6 π η r V gdzie r – promień kulki, a η – lepkość dynamiczna
Wzór na przepływ cieczy prze rurę o długości l, promieniu R i różnicy
ciśnień na końcu rury Δp.
V = [(π Δp R
4
) / (8 η l) ] *t
Gdy temperatura rośnie, lepkość cieczy maleje, odwrotnie niż w gazach.
Lepkość cieczy maleje o 2%, gdy zmniejszymy temperaturę o 1K.
η = A* exp(B/RT)
Omówić napięcie powierzchniowe cieczy i pomiar napięcia
powierzchniowego metodą wzniesienia w kapilarze.
Napięciem powierzchniowym nazywamy zjawisko sprężystości
powierzchni cieczy, siły zmniejszające powierzchnie cieczy i działające
wzdłuż powierzchni cieczy i działające w każdym punkcie (nie zależą od
wielkości powierzchni, zależą tylko od rodzaju cieczy i cieczy i
temperatury). Żeby zwiększyć powierzchnię cieczy należy wykonać pracę
Metoda wzniesienia w kapilarze:
Im mniejsza średnica kapilary to mamy wyższy poziom cieczy Δh. Siła
napięcia powierzchniowego działająca na obwodzie.
F = 2π r δ=πr
2
(h + r/3)g*ξ. Nie da się zmniejszyć promienia kapilary. Dla
wody znamy ξ więc policzymy r.
Omówić napięcie powierzchniowe cieczy i pomiar napięcia
powierzchniowego metodą stalagmometryczną.
Napięciem powierzchniowym nazywamy zjawisko sprężystości
powierzchni cieczy, siły zmniejszające powierzchnie cieczy i działające
wzdłuż powierzchni cieczy i działające w każdym punkcie (nie zależą od
wielkości powierzchni, zależą tylko od rodzaju cieczy i temperatury). Żeby
zwiększyć powierzchnię cieczy należy wykonać pracę.
Metoda stalagmometryczna – kropla odrywa się gdy F napięcia jest równe
ciężarowi
Omówić różnice między stanem mezomorficznym a cieczą
izotropową i podać jakie substancje wykazują tendencję do
tworzenia stanów mezomorficznych.
Niektóre związki organiczne o cząsteczkach płaskich, wydłużonych i
zawierających wiązania podwójne lub pierścienie aromatyczne, występują
one w pewnym zakresie temperatur w szczególnym stanie fazowym,
zwanymi stanem kryształu ciekłego lub fazą mezomorficzną. Ciekłe
kryształy są to związki anizotropowe – tworzą mętną ciecz, podwójne
załamanie światła. Przy podgrzewaniu tych związków o własnościach
anizotropowych dochodzi się do temperatury gdzie ciecz przechodzi w
klarowną – staje się cieczą izotropową. W stanie mezomorficznym
cząsteczki grupują się w warstwy lub skupiska chociaż są niezależne
względem siebie. Obecnie znanych jest ponad 7 tyś ciekłych kryształów.
Tendencję wykazują związki organiczne o cząsteczkach płaskich
wydłużonych i usztywnionych wiązaniami podwójnymi lub pierścieniem
oraz zakończone –COOR , -COR. Najczęściej mają budowę taką:
X – grupa centralna – która decyduje o charakterze związku: -CH=CH- , -
C=_C-, -CH=N-, -N=N- , grupa estrowa
estrowa
Omówić podział ciekłych kryształów pod względem struktury.
W zależności od uporządkowania cieczy krystalicznej można podzielić na
pewne typy, które wykazują jeszcze kilka rodzajów substancji.
Nematyki – cząsteczki ułożone równolegle
Smektyki – kilkanaście rodzajów, najważniejsze a, b, c, uporządkowanie
równoległe molekuł w warstwie, są prostopadłe do kolejnej warstwy.
Cholesteryki – mają specyficzne właściwości, są barwne i mają duży
współczynnik skręcalności optycznej. Warstwy poziome – jedna jest
skręcona względem drugiej o pewien kąt (warstwy są ułożone śrubowo)
Kolumnowy (dyskowy) – typ ten jeszcze nie omawiany w książkach,
tworzą się molekuły benzenu z miękkimi podstawnikami.
Każdy z tych typów dzieli się nad podtypy. Mamy 3 rodzaje neomatyków,
2 rodzaje cholesteryków i kilkanaście smektyków.
Podać przykłady zastosowania ciekłych kryształów.
W medycynie do wykrywania raka, wskaźniki cyfrowe, kalkulatory,
monitorach, chromatografia gazowa, jako rozpuszczalniki.
Podać równanie określające zmianę entalpii swobodnej ΔG dla
dowolnego stadium reakcji gazowej aA + bB cC + dD jako funkcję
parcjalnych ciśnień reagentów.
dG = Vdp – SdT
T=const
(ðG/ðp)
T
= V ; dG=Vdp dal 1 mola gazu doskonałego V = RT/p
dG = RT dp/p ;
G0
∫
G
dG = RT
p0
∫
p
p/dp
G – G
0
= RT ln (p/p
0
)
aA + bB cC + dD
A: aG
A
= aG
A0
+ aRT ln (p
A
/p
0
) ; B: bG
B
= bG
B0
+ bRT ln (p
B
/p
0
)
C: cG
C
= cG
C0
+ cRT ln (p
C
/p
0
) ; D: dG
D
= dG
D0
+ dRT ln (p
D
/p
0
)
ΔG = G
prod
– G
subs
= cG
C
+ dG
D
– aC
A
– bC
B
ΔG = cG
C0
+ dG
D0
- aG
A0
- bG
B
+ RT ln [(p
C
/p
0
)
c
(p
d
/p
0
)
d
/ (p
a
/p
0
)
a
(p
b
/p
0
)
b
]
ΔG = ΔG
0
+ RT ln [(p
C
/p
0
)
c
(p
d
/p
0
)
d
/ (p
a
/p
0
)
a
(p
b
/p
0
)
b
]
Podać warunek stanu równowagi reakcji (wartość ΔG) oraz związek
pomiędzy stałą równowagi reakcji i standardową entalpią swobodną
(izoterma van’t Hoffa).
Jeżeli zachodzi równowaga to ΔG = 0
ΔG
0
= - RT ln [(p
C
/p
0
)
c
(p
d
/p
0
)
d
/ (p
a
/p
0
)
a
(p
b
/p
0
)
b
]
K = [(p
C
/p
0
)
c
(p
d
/p
0
)
d
/ (p
a
/p
0
)
a
(p
b
/p
0
)
b
]
ΔG
0
= - RT lnK – izoterma van’t Hoffa wiążę nam statykę chemiczną z
termodynamiką.
Podaj treść i ogólną postać prawa działania mas.
Prawo działania mas mówi, że substancje reagują tak długo, dopóki
stosunek iloczynu stężeń molowych produktów do iloczynu stężeń
molowych substratów ( które występują w potęgach wynikających z
równania chemicznego) nie osiągnie w stałej temperaturze, stałej wartości
K, zwanej stałą równowagi chemicznej.
K = [(p
C
/p
0
)
c
(p
d
/p
0
)
d
/ (p
a
/p
0
)
a
(p
b
/p
0
)
b
]
Wyprowadzić zależność stałej równowagi reakcji od temperatury
(izobara van’t Hoffa).
dG = Vdp - SdT ; p=const
(ðG/ðT)
p
= - S (ðΔG/ðT)
p
= - ΔS
ΔG = ΔH – TΔS ; ΔS = (ΔH – ΔG)/T
(ðΔG/ðT)
p
= (ΔG – ΔH)/T ; p=cons ; dΔG/dT
– ΔG/T = – ΔH/T
dΔG/dT
– ΔG/T = T d/dt(ΔG/T) ;
T d/dt ΔG T
-1
= T(T
-1
dΔG/dT – ΔG T
-2
) = dΔG/dT - ΔG/T
T d/dt(ΔG
0
/T) = - ΔH
0
/T ; d/dt(ΔG
0
/T) = - ΔH
0
/T
2
d/dt(-R lnK) = - ΔH
0
/T
2
d lnK / dT = ΔH
0
/RT
2
– izobara van’t Hoffa zależność stałej równowagi
reakcji od entalpii reakcji w stanie standardowym
Podać różne postacie równań na zależność stałej równowagi reakcji
od temperatury.
∫dlnK = ∫(ΔH
0
/RT
2
)dT ; lnK = - (ΔH
0
/ RT) + const
lgK = - (ΔH
0
/ 2,303RT) + const
lg (K
2
/K
1
) = ΔH
0
/ 2,303R (1/T
1
– 1/T
2
)
Podać treść zasady Le Chateliera-Brauna (reguła przekory, zasady
przeciwdziałania) i przykłady jej zastosowania.
Jeżeli jest równowaga i zmieniamy warunki układu, to układ zostaje
zakłócony. W układzie będzie zachodził proces do osiągnięcia nowej
równowagi w nowych zmienionych warunkach równowagowych. Kierunek
można określić na podstawie termodynamiki.
Reguła przekory:
Działania zewnętrzne naruszające stan równowagi układu, wywołują w
nim takie zmiany, które zmieniają skutki(wyniki) tego działania.
Co to jest faza, liczba faz, niezależny składnik.
Fazą – nazywamy jednorodną pod względem chemicznym i fizycznym
część układu oddzielonego od innych części układu wyraźną granicą
zwaną granicą fazy.
Liczba faz – oznacza liczbę obecnych w układzie faz.
Składnikami niezależnymi fazy nazywa się te substancje chemiczne,
których znajomość wystarcza do określenia składu fazy.
Co to są parametry intensywne, parametry ekstensywne? Podać
przykłady.
Parametrami intensywnymi nazywa się wielkości opisujące skład fazy,
które nie zależą od stanu fazy np. temperatura, cieśninie, ułamek molowy.
Parametrami ekstensywnymi nazywa się te wielkości zależne od ilości
fazy np. objętość, masa.
Podać termodynamiczny warunek równowagi fazowej, ogólną
formułę zilustrować dowolnym przykładem.
Równowaga termodynamiczna zostaje osiągnięta, gdy energia swobodna
układu uzyska minimum lub gdy potencjały chemiczne składników we
wszystkich fazach układu staną się sobie równe. Ustaje wówczas
przepływ składników przez granice fazowe z jednej fazy do drugiej.
Podać regułę faz Gibbsa i zdefiniować występujące w niej parametry.
Liczba stopni swobody układu jest to liczba parametrów intensywnych,
których wartość można zmienić w pewnych granicach, nie naruszając przy
tym warunków równowagi:
S = α – β + 2
S – liczba stopni swobody, α – liczba składników niezależnych faz, β –
liczba faz .
Zdefiniować pojecie potencjału chemicznego. Podać i omówić
równanie Gibbsa-Duhema.
Potencjał chemiczny u
i
jest równy zmianie energii układu podczas
zwiększenia liczby moli tego składnika o 1 przy zachowaniu reszty jako
stałe – wszystkie inne są niezmienione.
równanie Gibbsa-Duhema : SdT – Vdp + Σn
i
du
i
= 0
Równanie to wiąże jedną w jedną zależność wielkości intensywne
znajdujące się w każdej fazie układu znajdującej się w równaniu.
Podać wzory określające potencjał chemiczny składnika w
zależności od składu mieszanin gazowych i składu roztworu.
Omówić pojęcie aktywności składnika oraz współczynnika
aktywności.
Dla jednego mola gazu w stałej temperaturze:
G = G
0
+ RT ln (p/p
0
) potencjał chemiczny dal i-tego składnika w
mieszaninie gazowej: u
i
= u
i0
+ RT ln (p
i
/p
0
)
x
i
– ułamek molowy i-tego składnika w mieszaninie/ w roztworze
u
i
= u
i0
+ RT lnx
i
; u
i
- u
i0
= Δu
i
= RT lnx
i
Δu
i
– zmiana potencjału chemicznego przy przejściu 1 mola i-tego mola
składnika ze stanu czystego do roztworu.
Aktywnością składnika a
i
w roztworze niedoskonałym nazywamy taką
wielkość, która wstawiona w miejsce stężenia w równaniu
termodynamicznym , wprowadzony dla mieszanin doskonałych pozwala
na obliczenie funkcji termodynamicznych tego składnika.
Współczynnik aktywności f
i
– wielkość będąca miarą odstępstwa od
doskonałości.
Określić rodzaj układów jednoskładnikowych wielofazowych, które
mogą być w równowadze wzajemnej w świetle reguły faz Gibbsa.
para–ciecz, para–ciało stałe, ciecz–ciało stałe, para –ciecz–ciało stałe,
ciało stałe (α)–ciało stałe (β), ciecz–ciało stałe(α)–ciało stałe (β),
para–ciało stałe(α)–ciało stałe (β), ciało stałe(α)–ciało stałe (β)- ciało
stałe(γ)
Czym jest przemian fazowa a czym jest równowaga fazowa? Co
towarzyszy zmianom fazowym?
Przemiana fazowa – to jest zanikanie jednych fazy i zwiększanie się ich
kosztem masy innych, a są to np.: parowanie, przemian polimorficzna,
rozpuszczanie, krystalizacja.
Stan równowagi fazowej – jest to stan w którym to poszczególne fazy
będą współistnieć przez czas dowolnie długi, nie zmieniając swych mas.
Zmiany fazowe w układach jednoskładnikowych występują przy zmianie p,
T. Przemianom fazowym zawsze towarzyszy efekt cieplny i zmian
objętości molowej składnika.
Na podstawie równania Gibbsa-Duhema wyprowadzić równanie
Clausiusa-Clapeyrona w postaci ogólnej (poprawnej dla wszelkich
przemian fazowych).
u’ = u” du’ = du”
(S’-S”)dT – (V’-V”)dp = 0 ; ΔSdT – ΔVdp = 0 ;
ΔSdT = ΔVdp ; ΔS = ΔH/T ; dT/dp = ΔV/ΔS
dT/dp = TΔV /ΔH lub dp/dT = ΔH/TΔV
Postać ogólna rówania Clausiusa-Clapyerona jest słuszna zawsze i
dotyczy wszelki przemian fazowych
Na podstawie równania Clausiusa-Clapeyrona Gibbsa-Duhema
wyprowadzić równanie Clausiusa-Clapeyrona poprawne dla
przemian takich jak sublimacja lub parowanie.
V
gaz
>> V
ciecz
; V
gaz
>> V
ciało stałe ;
ΔV ≈ V
gaz
ΔV = V
gaz
= RT/p
;
dp/dT = ΔH/TΔV
dp/dT = ΔHp/RT
2
; dp/p = dlnp
dlnp/ dT = ΔH/RT
2
Podać i omówić znane postacie równania Clausiusa-Clapeyrona
I postać: dp/dT = ΔH/TΔV
II postać: dlnp/ dT = ΔH/RT
2
Zakładamy że ΔH = f(T)
ln p = - ΔH/RT + A
III postać: log p = - (ΔH / 2,303RT )+ A’
p1
∫
p1
dlnp =
T1
∫
T1
ΔH/RT
2
dT
IV postać: ln (p
2
/p
1
) = ΔH/R (1/T
1
– 1/T
2
)
Naszkicować wykres fazowy wody w układzie (p,T) oraz określić za
jego pomocą charakterystyczne obszary, linie i punkty.
Na każdej krzywej jest tylko jedne stopień swobody. W punkcie potrójnym
jest zero stopni swobody, bo ta równowaga zachodzi tylko przy takim
ciśnieniu i przy takiej temperaturze. Punkt potrójny wody jest punktem
odniesienia w termodynamicznej skali temperatury.
Podać ilość stopni swobody dla charakterystycznych obszarów, linii
i punktów wykresu fazowego typowego układu jednoskładnikowego.
Zarówno parametr p i T można w pewnych granicach zmienić nie
wywołując przejścia do drugiej fazy. Reguła faz istnieją wtedy 2 stopnie
swobody. Zarówno p i T można zmieniać w pewnych granicach, gdy
jednak jeden z tych parametrów jest określony, drugi musie mieć wartość
wyznaczoną przez linie równowagi. Dla tego przypadku z reguły faz
wynika jeden stopień swobody. Na końcu krzywej na wykresie fazowym
jest tylko jeden stopień swobody. Wreszcie gdy trzy fazy znajdują się w
stanie równowagi reguła faz nie przewiduje istnienia stopni swobody.
Naszkicować wykres fazowy CO
2
w układzie (p,T) oraz określić za
jego pomocą charakterystyczne obszary, linie i punkty.
A – punkt potrójny, linia a – zależność prężności pary nasyconej na stałym
CO
2
od temperatury, linia b – zależność prężności pary nasyconej nad
ciekłym CO
2
, linia c – zależność temperatury topnienia od ciśnienia.
Nachylenie krzywej równowaga ciecz- ciało stałe jest dodatnie. Ciśnienie
punktu potrójnego jest bardzo wysokie, konsekwencją tego jest, że pod
normalnym ciśnieniem nie można CO
2
pozostać jako ciało bo sublimuje.
Przy temperaturze –78,5
0
C jest równowaga ciało – stałe gaz.
Naszkicować wykres fazowy siarki w układzie (p,T) oraz określić za
jego pomocą charakterystyczne obszary, linie i punkty.
Siarka tworzy 2 odmiany w stanie stałym, na diagramie są trzy punkty
potrójne. Są 3 punkty równowagi i jeden neutralny.
1.
p=1,4*10
3
atm, T = 153,7
0
C , 2. p = 3,8*10
-5
atm, T = 119
0
C ,
3.
p = 1,1*10
-5
atm, T = 95,6
0
C, 4. p = 3,5*10
-5
atm, T = 112,8
0
C
Podać parametry punku potrójnego wody . Co oznacza on w
termodynamicznej skali temperatury. Zdefiniuj zero w skali
Celsjusza. Podaj zależność między punktami odniesienia w skali
Kelvina i Celsjusza.
Punkt potrójny wody jest punktem odniesienia w termodynamicznej skali
temperatury. W punkcie równowagi między trzema fazami zwanym
punktem potrójnym występuje współistnienie zwykłego lodu, ciekłej wody i
pary wodnej. Zachodzi to pod ciśnieniem 4,58 mmHg i w temperaturze
0,098
0
C (273,16K).
Kelwin jest jednostką temperatury termodynamicznej w skali w której
temperatura punktu potrójnego wody wynosi 273,16 K. Zero w skali
Celsjusza jest zdefiniowane jako temperatura równowagi ludu z wodą
(woda nasycona powietrzem) pod ciśnieniem 1 atm. Woda bez
rozpuszczonego powietrza krzepnie w temp. 0,0024
0
C. W skali Celsjusza
zero bezwzględne wynosi - 273,15
0
C. Żeby przejść ze skali Celsjusza na
skalę Kelvina to dodajemy 273,15.
W jakich przypadkach można rozpatrywać stan równowagi w
układzie ciekłym? Podać i scharakteryzować rodzaje takich
równowag dla dwóch lub trzech składników.
Układy dwu składnikowe ciekłe o ograniczonej rozpuszczalności
(ponieważ nie wszystkie ciecze mieszając się dając układ jednofazowy).
Stan równowagi ciecz-ciecz ustala się pod ciśnieniem wyższym niż
prężność pary jednej i drugiej cieczy. Możemy rozróżnić 3 rodzaje takich
równowag, o górnej temperaturze mieszalności, dolnej mieszalności
krytycznej, o dolnej i górnej temperaturze mieszalności.
Przedstawić i omówić wykres fazowy układu dwuskładnikowego
ciekłego o ograniczonej rozpuszczalności wzajemnej wykazującą
górną temperaturę krytyczna
Zakładamy że ciśnienie jest wyższe od prężności pary nasyconej obu
składników - niema pary jest tylko ciecz.
X
1
- punkt poza krzywą, w którym jeden ze związków tworzy roztwór o
odpowiednim skaldzie. W punkcie X
2
mieszania nie będzie istnieć jako
jedne roztwór ale się rozwarstwi na dwie fazy X
2
' i X
2
", gdzie X
2
' to
składnik A nasycony składnikiem B , a X
2
" składnikiem B nasycony
składnikiem A. Cząstkowe potencjały mają taka samą wartość.
Górna krytyczna temperatura mieszalności - jest to najniższa temperatura
powyżej której dane dwie ciecze tworzą układ jednorodny w pełnym
zakresie stężeń. np. H
2
O - izobutanol
Przedstawić i omówić wykres fazowy układu dwuskładnikowego
ciekłego o ograniczonej rozpuszczalności wzajemnej wykazującą
dolną temperaturę krytyczną.
Dolna krytyczna temperatura mieszalności - jest to najwyższa temperatura
poniżej której dane dwie ciecze tworzą układ jednorodny w pełnym
zakresie stężeń. np. H
2
O - trójetyloamina
Przedstawić i omówić wykres fazowy układu dwuskładnikowego
ciekłego o ograniczonej rozpuszczalności wzajemnej wykazującą
jednocześnie dolną i górną temperaturę krytyczną.
np. H
2
O - nikotyna, H
2
O - metyloetyloketon, pikolina - H
2
O, gliceryna -
toluidyna
Przedstawić i omówić równowagę ciecz- ciało stałe
dwuskładnikowego układu eutektycznego prostego, co nazywamy
eutektykiem ?
Eutektykiem nazywamy mieszaninę faz stałych o najniższej i stałej temp.
topnienia. np. Cg i Bi, Pb i Ag, Si i Al , KCl i AgCl, benzen i naftalen. Układ
eutektyczny dwuskładnikowy prosty - jest to taki układ, który
charakteryzuje się całkowitą mieszalnością obu składników w formie
ciekłej i całkowitą niemieszalnością w fazie stałej.
Przedstawić i omówić równowagę ciecz- ciało stałe
dwuskładnikowego układu wykazującego całkowitą rozpuszczalność
wzajemną w fazie ciekłej i stałej w pełnym zakresie stężeń.
Całkowitą rozpuszczalność wzajemna dwóch faz stałych występuje zwykle
wówczas gdy stany składników są bardzo zbliżone wielkością i mogą się
wzajemnie zastępować w sieci przestrzennej.
Górna krzywa (l z łac. likwidus) określa temperatury w których
rozpoczyna się krzepnięcie roztworów o różnych składach. Krzywa dolna
(s z łac. solidus) określa skład formy stałej wydzielający się w danej
temperaturze krzepnięcia.
Przedstawić i omówić równowagę ciecz- ciało stałe
dwuskładnikowego układu wykazującego całkowitą rozpuszczalność
wzajemną w fazie ciekłej i stałej w pełnym zakresie stężeń
wykazującego minimum temperatury krzepnięcia.
Skład roztworu stałego jest równy składowi cieczy w równowadze
Przedstawić i omówić równowagę ciecz- ciało stałe
dwuskładnikowego układu wykazującego całkowitą rozpuszczalność
wzajemną w fazie ciekłej i stałej w pełnym zakresie stężeń
wykazującego trzy ekstrema temperatury krzepnięcia roztworów
stałych.
Wykres dla przypadku A=CCl
4
i B=cykloheksanal,
skład roztworu = skład fazy stałej
Naszkicować i omówić krzywe schładzania (oziębiania) mieszaniny
dwóch składników dających eutektyk prosty , dla kilku wybranych
stężeń (przykład analizy termicznej).
a - oziębianie cieczy
b - krzepnięcie czystego składnika
c - oziębianie fazy stałej
Krzywe oziębiania przedstawiają nam zmiany temperatury w funkcji
czasu.
a - temperatura spada (wydzielanie się składnika), b- krystalizacja
składnika znajdującego się w nadmiarze c- krzepnięcie, d- oziębianie
fazy stałej w mieszaninie eutektycznej
Analiza termiczna polega na tym że mamy dwa składniki A i B robimy
różne mieszaniny i wyznaczamy dla mieszanin krzywe oziębienia - na
podstawie czego można zrobić wykres fazowy.
X
4
- eutektyk
Na powierzchni trójkąta równobocznego obrać dowolny punkt i
pokazać ja reprezentuje on skład mieszaniny trójskładnikowej.
Jeżeli dowolny punk P znajduje się w polu trójkąta równobocznego to
sama jego odległość od boków trójkąta (P
a
+P
b
+P
c
) jest równa wysokości
tego trójkąta. Wg Gibbsa wysokość trójkąta równobocznego przedstawia
100% składnika. Procent zawartości składnika A można zmierzyć
odległością punktu P, przedstawiającego skład układu, od boku
przeciwległego wierzchołka reprezentującego 100% składnika A(R).
Przedstawić za pomocą trójkąta stężeń Gibbsa i omówić wykres
fazowy trzech cieczy , których jedna para cieczy wykazuje
ograniczoną rozpuszczalność wzajemną.
X
A
- głównym składnikiem jest A, który jest wysycany składnikiem B i
zawiera pewną ilość składnika C
X
B
- głównym składnikiem jest B, który jest wysycany składnikiem A i
zawiera pewną ilość składnika C
Układ rozwarstwia się na dwie fazy, te dwie fazy są we wzajemnej
równowadze.
Przedstawić za pomocą trójkąta stężeń Gibbsa i omówić wykres
fazowy trzech cieczy , których dwie pary cieczy wykazują
ograniczoną rozpuszczalność wzajemną.
Dwie pary cieczy wykazują ograniczoną rozpuszczalność: A,C i A,B. Faza
złożona ze składników B iC ma nieograniczoną rozpuszczalność
wzajemną.
Przedstawić za pomocą trójkąta stężeń Gibbsa i omówić wykres
fazowy trzech cieczy , których trzy pary cieczy wykazują ograniczoną
rozpuszczalność wzajemną.
Omówić prawo podziału Nerrnsta i wskazać jego zastosowanie.
Mówi o tym że jeżeli mam dwie ciecze o ograniczonej rozpuszczalności to
jedna ciecz będzie na dole, druga na górze (lżejsza). Następnie dodając
do tego układu trzecią substancje, która rozpuszcza się w obu
substancjach. Trzecia substancja rozdziela się między te dwie fazy ciekłe.
O tym jak się rozdzieli mówi nam prawo podziału Nernsta.
np.CI
2
(w CS
2
)/ CI
2
(w H
2
O) = 625
CI
2
(w CH
3
Cl)/ CI
2
(w H
2
O)=120
Ta sama cząsteczka w innych rozpuszczalnikach może mieć inną masę
cząsteczkową.
C
1
/C
2n
= K prawo podziału Nernsta
n - masa cząsteczkowa substancji rozpuszczonej w (1) rozpuszczalniku
do masy cząsteczkowej substancji rozpuszczonej w (2) rozpuszczalniku.
Gdy n=1 to stężenie możemy podawać w dowolnych jednostkach, gdy n≠
1 to stężenie podajemy w mol/dm
3
. Prawo to jest wykorzystywane do
rozdzielania substancji, gdy w jednym rozpuszczalniku rozpuszcza się
lepiej a w drugim gorzej. Ekstrakcja wykorzystuje to prawo.
Omówić prawo Raoulta, narysować i omówić wykres prężności
cząstkowych par układu dwuskładnikowego doskonałego.
(2)p
A
=x
A
p
A0
i (3)p
B
=x
B
p
B0
Jeżeli para zachowuje się w sposób doskonały można zapisać (1)
p=p
A
+p
B
. W podanych wzorach p
A
i p
B
prężność par składników A i B nad
roztworem zawierającym ułamki molowe x
A
i x
B
tych składników, natomiast
p
A0
i p
B0
oznaczają prężność par czystych składników. Roztwory
spełniające prawo Raoulta określa się jako doskonałe. Zgodnie z bardzie
ścisłą definicją mieszaniny składników roztworu doskonałego nie powinna
towarzyszyć zmian objętości lub ujemny efekt cieplny.
Omówić równanie Gibbsa - Margulesa, narysować i omówić wykres
prężności cząstkowych par układów dwuskładnikowych
wykazujących odstępstwa od prawa Raoulta.
(ðlnp
A
/ðx
A
)
T
- (ðlnp
B
/ðx
B
)
T
= 0
Jeżeli znamy prężność par jednego ze składnika nad roztworem, to
musimy obliczyć prężność pary drugiego składnika w takiej samej
temperaturze. Jeżeli p
rzeczywiste
> p
teoretyczne
to układ wykazuje dodatnie
odchylenie od prawa Raoulta.
Jeżeli p
rzeczywiste
< p
teoretyczne
to układ wykazuje ujemne odchylenie od
prawa Raoulta.
(1) p=p
A
+p
B
, (2)p
A
=x
A
p
A0
i (3)p
B
=x
B
p
B0
Wykazać że jeżeli składnik A jest bardziej lotny niż składnik B to para
zawiera więcej składnika A niż ciecz pozsotająća w równowadze z tą
parą (dowód że jeżeli p
0A
>
p
0B
to y
A
> x
A
)
Tw. Jeżeli składnik A jest bardziej lotny niż składnik B (p
0A
> p
0B
) to paraz
zawiera więcej składnika A niż ciecz. p
0A
>
p
0B
==> y
A
> x
A
Z założenia wynika p
0A
>
p
0B
==> p
0A
/
p
0B
>1
y
A
/ (1- y
A
) = x
A
/ (1- x
A
) * p
0A
/
p
0B
czyli
y
A
- y
A
x
A
>
x
A
- x
A
y
A
y
A
> x
A
Przedstawić na wykresie, dla układu dwuskładnikowego
zeotropwego, prężność pary jako funkcję składu roztworu w
warunkach izotermicznych (T=cons) , określić poszczególne obszary
wykresu, podać nazwy linii równowagi i zaznaczyć dla wybranego
składu cieczy równowagowy skład pary.
Jeżeli dla dowolnego składu cieczy prężność całkowita pary jest zawarta
pomiędzy prężnościami czystych składników, to składniki te nie tworzą
mieszani azeotropowych, tzn. są to układy zeotropowe. Mieszaniny
zeotropowe - mieszaniny nie wykazujące ekstremum
Przedstawić na wykresie, dla układu dwuskładnikowego tworzącego
azeotrop ujemny, prężność pary jako funkcję składu roztworu w
warunkach izotermicznych (T=cons) , określić poszczególne obszary
wykresu, podać nazwy linii równowagi i zaznaczyć dla wybranego
składu cieczy równowagowy skład pary.
Podać właściwości mieszanin azeotropowych.
Mieszaniny azeotropowe występują wtedy, gdy ciecze mają zbliżone
temperatury wrzenia i wykazują duże odstępstwa od praw Raoulta.
x - para jest bardziej wzbogacona w składnik A niż ciecz
y - para jest bardziej wzbogacona w składnik B niż ciecz
z - dla składu azeotropowego skład pary jest dokładnie taki sam jak skład
cieczy.
Przedstawić na wykresie, dla układu dwuskładnikowego tworzącego
azeotrop dodatni, prężność pary jako funkcję składu roztworu w
warunkach izotermicznych (T=cons) , określić poszczególne obszary
wykresu, podać nazwy linii równowagi i zaznaczyć dla wybranego
składu cieczy równowagowy skład pary.
Podać właściwości mieszanin azeotropowych.
Przedstawić na wykresie, dla układu dwuskładnikowego
zeotropwego, temperaturę wrzenia jako funkcję składu roztworu w
warunkach izotermicznych (p=cons) , określić poszczególne obszary
wykresu, podać nazwy linii równowagi i zaznaczyć dla wybranego
składu cieczy równowagowy skład pary
Przedstawić na wykresie, dla układu dwuskładnikowego tworzącego
azeotrop ujemny, temperaturę wrzenia jako funkcję składu roztworu
w warunkach izotermicznych (p=cons) , określić poszczególne
obszary wykresu, podać nazwy linii równowagi i zaznaczyć dla
wybranego składu cieczy równowagowy skład pary.
Podać właściwości mieszanin azeotropowych.
Przedstawić na wykresie, dla układu dwuskładnikowego tworzącego
azeotrop dodatni, temperature wrzenia jako funkcję składu roztworu
w warunkach izotermicznych (p=const) , określić poszczególne
obszary wykresu, podać nazwy linii równowagi i zaznaczyć dla
wybranego składu cieczy równowagowy skład pary.
Podać właściwości mieszanin azeotropowych.
Podać warunki jakie spełniają ciecze, które tworzą mieszaniny
azeotropowe . Podać właściwości mieszanin azeotropowych;
narysować wykresy równowagi izotermicznej lub izobarycznej ciecz -
para układów dwu składnikowych , ilustrujące azeotropy dodatnie i
ujemne.(patrz pytania wyżej)
Omówić proces destylacji i na wykresie przedstawić przebieg
destylacji układu zeotropowego w warunkach izobarycznych.
Destylacja - jest to metoda rozdzielania i czyszczenia ciekłych mieszanin,
wykorzystujące różnice lotności składników mieszaniny. Destylacja polega
na utrzymywaniu mieszaniny w stanie wrzenia, odparowaniu składników
lotnych w danych warunkach ciśnienia i temperatury, ich skroplenia i
zebrania w odbieralniku jako tzw. destylat.
Podczas destylacji układu zeotropowego najpierw destyluje składnik o
niższej temperaturze wrzenia, a później składnik o wyższej temperaturze
wrzenia.
Omówić proces rektyfikacji i na wykresie przedstawić przebieg
destylacji układu zeotropowego w warunkach izobarycznych.
Rektyfikacja, destylacja frakcyjna, destylacja frakcjonowana - jest to
metoda rozdzielania mieszanin ciekłych na wiele frakcji różniących się
składem, przez wielokrotne odparowywanie i skraplanie składników.
Rektyfikacja polega na wzbogaceniu par o składniki bardziej lotne dzięki
wymianie masy między kierującą się ku górze parze a spływającej w dół
cieczy.
Pokazać na wykresie p(T) zjawisko obniżenia temperatury
krzepnięcia roztworu w stosunku do krzepnięcia czystego
rozpuszczalnika i podać równanie określające wielkość tego efektu.
A - temperatura w której prężność pary nad ciałem stałym i fazą ciekłą jest
taka sama. Jest to punkt równowagi ciało stałe-ciecz.
B - temperatura w której prężność pary nad ciałem stałym i
rozpuszczalnikiem jest stała, to temperatura krzepnięcia roztwory.
x - ułamek molowy substancji czystej
ΔT = (RT
02
/ ΔH
rozp
)*x
B
T
0
- temperatura krzepnięcia roztworu, ΔT - obniżenie temperatury
roztworu, x
B
- ułamek molowy substancji rozpuszczonej, ΔH
rozp
- entalpia
topnienia rozpuszczalnika
Na podstawie równania Clausiusa - Clapeyrona opisującego proces
sublimacji i parowania wyprowadzić zależność no obniżenie
temperatury krzepnięcia roztworu od ułamka molowego substancji
rozpuszczonej.
dlnp
S
/ dT = ΔH
sub
/ RT
2
; dlnp
0
/ dT = ΔH
par
/ RT
2
dln(p
s
/p
0
) / dT = (ΔH
sub
- ΔH
par
)/ RT
2
ΔH
sub
= ΔH
rozp
+ ΔH
par
;
ΔH
rozp
= ΔH
sub
- ΔH
par
dln(p
s
/p
0
) / dT = ΔH
rozp
/ RT
2
w punkcie B p
D
=p
0
x ==> x= p
s
/p
0
dlnx/ dT = ΔH
rozp
/ RT
2
x=1
∫
x
dlnx =
T0
∫
T
ΔH
rozp
/ RT
2
dT ; gdy x=1 to T=T
0
lnx = - ΔH
rozp
/ R (1/T - 1/T
0
)
zamieniamy x na ułamek molowy substancji rozpuszczonej x
B
ln x = ln (1-x
B
) ≈ -x
B
gdy x
B
jest małe to można to założyć wynika to z
ln(1-x) = - (x +x
2
/2 + x
3
/3 +…+ x
n
/n ) -1<x<1
gdy x jest bardzo małe to ln(1-x) = - x
x
B
= ΔH
rozp
/R (T
0
-T / T
0
T)
T
0
-T = ΔT a gdy T
0
jest małe to T
0
T = T
2
x
B
= ΔH
rozp
/R (ΔT / T
2
)
ΔT = (RT
02
/ ΔH
rozp
)*x
B
ΔT = (RT
02
/ ΔH
rozp
)*(n
B
/n
A
+n
B
)
ΔT = (RT
02
/ ΔH
rozp
)*(b/M
B
/ aM
A
+bM
B
)
a>>b to ΔT = (RT
02
b / ΔH
rozp
*a*M
B
)
Podać równanie pozwalające obliczyć stałą krioskopową
rozpuszczalnika i masę cząsteczkową substancji rozpuszczonej na
podstawie pomiarów krioskopowych. Omówić wielkości
krioskopowe.
K
K
= RT
02
/Δh ; ΔT = K
K
* (b /a*M
B
) ; M
B
= K
K
*(m
B
/ m
A
*ΔT)
przyjmujemy że b/M
b
=n=m (molalność) gdy a=1kg
ΔT = K
K
*m
Podać warunki jakie powinien spełniać rozpuszczalnik stosowany do
pomiarów krioskopowych oraz równanie pozwalające obliczyć stałą
krioskopową rozpuszczalnika.
dobry rozpuszczalnik, nie może wchodzić w reakcje chemiczne z
substancjami rozpuszczonymi, powinien mieć małą prężność, dużą stałą
krioskopową, nie powinien być toksyczny, przyzwoita temperatura
krzepnięcia (-5
0
C do 60
0
C), nie powinien rozpuszczać jonów ani pary
wodnej, nie powinien powodować dysocjacji i asocjacji: K
K
= RT
02
/Δh
Pokazać na wykresie p(T) zjawisko (obniżenia prężności pary)
podwyższenia temperatury wrzenia roztworu substancji nielotnej w
stosunku do temperatury czystego rozpuszczalnika i podać równanie
określające wielkość tego efektu .
a - zależność prężności pary nad rozpuszczalnikiem jako funkcja
temperatury
b - prężność pary jako funkcja temperatury roztworu
ΔT = (RT
02
/ ΔH
parow
)*x
B
Wykazać że dla roztworów rozcieńczonych składnika nielotnego
względne obniżenie prężności pary jest proporcjonalne do ułamka
molowego substancji rozpuszczonej.
p
A
=p
A0
* x
A
; p
A
=p
A0
(1 - x
B
) ; p
A
=p
A0
- p
A0
x
B
; p
A
-p
A0 =
p
A
x
B
x
B
=Δp/p
Na podstawie równania Calusius-Clapeyrona wyprowadzić zależność
na podwyższenie temperatury wrzenia roztworu substancji nielotnej
od ułamka molowego tej substancji.
dlnp / dT = ΔH / RT
2
; dlnp = dp/p
dp / pdT = ΔH / RT
2
dla małych zmian można zastępować przyrostami
skończonymi: Δp / pΔT = ΔH / RT
2
; x
B
=Δp/p
x
B
= (ΔH / RT
2
)* ΔT
ΔT = (RT
02
/ ΔH)*x
B
ΔT = (RT
02
/ ΔH)*(n
B
/n
A
+n
B
)
ΔT = (RT
02
/ ΔH)*(b/M
B
/ aM
A
+bM
B
)
a>>b ; ΔH/A= Δh to ΔT = (RT
02
b / Δh*a*M
B
)
Podać równanie pozwalające obliczyć stałą ebulioskopową
rozpuszczalnika i masę cząsteczkową substancji rozpuszczonej na
podstawie pomiarów ebuliskopowych. Omówić wielkość
występujące w podanych wzorach.
K
e
= RT
02
/ Δh ; ΔT = K
e
*b / a*M
B
; M
B
= K
e
*b / a* ΔT
przyjmujemy że b/M
b
=n=m (molalność) gdy a=1kg
ΔT = K
e
*m
Określić pojęcie krioskopia, ebulioskopia i wskazać zastosowania
tych dziedzin.
Krioskopia - metoda bardzo dokładnego pomiaru temperatury krzepnięcia
substancji w tzw. kriometrach, zwykle określa się temperaturę krzepnięcia
roztworów rozcieńczonych i korzystając z prawa Raoulta wyznacza się
masę cząsteczkową związków chemicznych. Stosuje się głownie do
badania rozpuszczalności cieczy.
Ebulioskopia - metoda bardzo dokładnego pomiaru temperatury wrzenia
w tzw. ebuliometriach. Najczęściej określa się temperaturę wrzenia
roztworów rozcieńczonych i korzystając z prawa Raoulta wyznacza się
masę cząsteczkową związków chemicznych. Stosuje się głownie do
badania stopnia czystości cieczy, rozpuszczalności w azeotropoach.
Na czym polega zjawisko osmozy. Podać równanie na zależność,
ciśnienia osmotycznego od ułamka molowego rozpuszczalnika i
ułamka molowego substancji rozpuszczonej.
Osmoza - jest to zjawisko polegające na jednokierunkowym przenikaniu
(dyfuzji) cząstek rozpuszczalnika prze błoną półprzepuszczalną z roztworu
o mniejszy stężeniu do roztworu o większym stężeniu.
πV = - RT lnx
1
πV = - RT ln (1-x
2
)
ln(1-x) = - (x +x
2
/2 + x
3
/3 +…+ x
n
/n ) -1<x<1
gdy x jest bardzo małe to ln(1-x) = - x
czyli πV = RT ln x
2
π - ciśnienie osmotyczne ( dodatkowe ciśnienie jakie należy wywrzeć na
roztwór oddzielony błoną półprzepuszczalną dla osiągnięcia stężenia
równowagowego) V - objętość molowa rozpuszczalnika w roztworze
T - temperatura w której zachodzi równowaga ; x
2 -
ułamek molowy
substancji w roztworze
x
1 -
ułamek molowy rozpuszczalnika w roztworze.