1
Równowaga
ciecz - kryształ
w układach
dwuskładniko
wych
(a)
Waldemar Ufnalski
Wprowadzenie do termodynamiki
chemicznej
Wykład 13a
350
400
450
500
550
600
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
x
B
T
/K
A
B
T*
A
T*
B
T
E
350
400
450
500
550
600
0
250
500
750
1000
Czas/s
T
/K
2
13.1. Fakty
doświadczalne i ich
znaczenie praktyczne
Wykład 13a
3
Rozpuszczanie ciał stałych w cieczach:
•
Otrzymywanie ciekłych roztworów
reakcyjnych
• Selektywne wymywanie składników mieszanin
(zanieczyszczeń
)
• Technologia stopów (metalurgia,
ceramika)
Krystalizacja
• Wydzielanie i oczyszczanie produktów reakcji
Procesy w przyrodzie
• Tworzenie skał magmowych i osadowych
• Erozja
Procesy metaboliczne
• Gospodarka wapniem, fosforem, ...
4
13.2. Reguła faz
Wykład 13a
5
Reguła faz....
Liczba stopni swobody:
2
k
(1)
Pomija się ciśnienie jako parametr oraz fazę gazową:
1
skond
k
(2)
Dla k = 2
3
maks
skond
(3)
Liczba faz Liczba stopni swobody
1 2 (temperatura i skład fazy)
2 1 (temperatura lub skład jednej fazy)
3 0 (układ inwariantny)
6
13.3. Układ eutektyczny
prosty
Wykład 13a
7
Układ eutektyczny prosty....
Składniki A i B:
•
Są względem siebie biernie chemicznie
(czyli nie tworzą związków)
• Mieszają się bez ograniczeń w fazie ciekłej
(układ może zwierać tylko jedną fazę ciekłą)
•Nie mieszają się w ogóle w fazie stałej (fazy
stałe są kryształami czystych składników A
lub B).
8
Układ eutektyczny prosty....
Układ w stanie równowagi może zawierać:
•
jedną fazę ciekłą (roztwór A + B):
= 2 (T,
x
B
)
•
kryształy A oraz fazę ciekłą (A + B) - roztwór
nasyconym względem A:
= 1 (T)
•
kryształy B oraz fazę ciekłą (A + B) - roztwór
nasycony względem B :
= 1
(T)
•
k
ryształy A i B (dwie fazy stałe) oraz fazę
ciekłą (roztwór A +B) :
= 0 ; eutektyk -
punkt eutektyczny
•
dwie fazy stałe - kryształy A oraz B:
= 1 (T)
9
Układ eutektyczny prosty - równanie
likwidusu....
A
(s
)
roztw
ór
A+B:
x
B
x
A
(T) - równanie likwidusu (składu
roztworu nasyconego) względem A
Warunek równowagi dyfuzyjnej:
A
c
A
s
A
x
T
T
,
)
(
)
*(
(4)
A
A
c
o
A
s
A
T,x
a
RT
T
T
ln
)
(
,
)
*(
RT
T
T
T,x
a
s
A
c
o
A
A
A
)
*(
)
(
,
ln
(5)
10
Układ eutektyczny prosty - równanie
likwidusu....
Wobec:
(4)
(5)
2
T
H
T
T
T
P
2
top
2
RT
T
H
RT
T
H
T
H
dT
T,x
a
d
A
s
A
c
o
A
A
A
)
*(
)
(
,
ln
Równanie różniczkowe likwidusu
11
H
m
T
c
s
T*
A
to
p
H
A
(T
)
top
H*
A
C
p
T
c
s
T*
A
to
p
C
p
A
(T
)
top
C
p
*
A
Układ eutektyczny prosty - równanie
likwidusu....
Zależność entalpii
od temperatury
Zależność pojemności
cieplnej od temperatury
12
Układ eutektyczny prosty - równanie
likwidusu....
Wobec:
(6)
(7)
T
C
T
C
T
C
T
T
H
T
T
H
T
T
H
A
P
top
s
A
P
c
o
A
P
P
s
A
P
c
o
A
P
A
top
,
)
(
*,
,
)
(
,
,
)
(
)
(
,
*
*
,
*
,
*
*
A
A
P
top
A
top
T
T
A
P
top
A
top
A
top
T
T
C
H
dT
T
C
H
T
H
A
dT
RT
T
T
C
H
a
d
A
A
P
top
A
top
A
2
*
*
,
*
ln
Równanie różniczkowe likwidusu
13
Układ eutektyczny prosty - równanie
likwidusu....
Scałkowanie (T*
A
T)
(8b
)
(8
a)
równanie likwidusu składn. A
*
*
,
*
*
*
,
*
*
*
ln
ln
A
A
P
top
A
A
A
P
top
A
A
top
A
A
A
T
T
R
C
T
T
T
T
R
C
T
H
T
a
T
a
Wobec a
A
(T*
A
) = 1
*
*
,
*
*
*
,
*
*
ln
ln
ln
A
A
P
top
A
A
A
P
top
A
A
top
A
A
A
T
T
R
C
T
T
T
T
R
C
T
H
x
T
a
*
*
,
*
*
*
,
*
*
ln
ln
ln
B
B
P
top
B
B
B
P
top
B
B
top
B
B
B
T
T
R
C
T
T
T
T
R
C
T
H
x
T
a
Symetrycznie:
14
Układ eutektyczny prosty - równanie
likwidusu....
(9b
)
(9
a)
Równania likwidusów
Wobec:
*
/
*
/
*
/
B
A
B
A
top
B
A
top
T
H
S
*
*
,
*
*
,
*
ln
ln
ln
A
A
P
top
A
A
P
top
A
top
A
A
A
T
T
R
C
T
T
T
R
C
S
x
T
a
*
*
,
*
*
,
*
ln
ln
ln
B
B
P
top
B
B
P
top
B
top
B
B
B
T
T
R
C
T
T
T
R
C
S
x
T
a
15
Układ eutektyczny prosty - równanie
likwidusu....
(11
)
(1
0)
Przybliżenie Schrődera:
0
*
,A
P
top
C
T
T
T
R
S
x
T
a
T
T
T
R
S
x
T
a
B
B
top
B
B
B
A
A
top
A
A
A
*
*
*
*
ln
ln
ln
ln
Przybliżenie Malesińskiego:
*
*
,
A
top
A
P
top
S
C
*
*
*
*
ln
ln
ln
ln
ln
ln
B
B
top
B
B
B
A
A
top
A
A
A
T
T
R
S
x
T
a
T
T
R
S
x
T
a
16
Układ eutektyczny prosty doskonały....
(12
)
Jeżeli założyć dodatkowo doskonałość w sensie
prawa Raoult'a roztworów nasyconych
równania likwidusów prostych doskonałych
*
*
,
*
*
,
*
*
*
,
*
*
,
*
ln
ln
ln
ln
B
B
P
top
B
B
P
top
B
top
B
A
A
P
top
A
A
P
top
A
top
A
T
T
R
C
T
T
T
R
C
S
T
x
T
T
R
C
T
T
T
R
C
S
T
x
17
(14
)
(1
3)
Przybliżenie Schrődera:
T
T
T
R
S
T
x
T
T
T
R
S
T
x
B
B
top
B
A
A
top
A
*
*
*
*
ln
ln
Przybliżenie Malesińskiego:
*
*
*
*
ln
ln
ln
ln
B
B
top
B
A
A
top
A
T
T
R
S
T
x
T
T
R
S
T
x
Układ eutektyczny prosty doskonały....
18
T
B
A
x
B
T
E
T*
B
T*
A
x
A
(T
)
E
x
B
(T
)
Układ eutektyczny prosty doskonały....
Interpretacja graficzna :
19
T
B
A
x
B
T
E
T*
B
T*
A
x
A
(T
)
E
x
B
(T
)
A +
B
c
A +
c
B +
c
Układ eutektyczny prosty doskonały....
Diagram fazowy:
20
T
B
A
x
B
T
E
T*
B
T*
A
l
A
E
l
B
R
S
a
a
b
b
S
A
B
R
a
b
A
B
S
Układ eutektyczny prosty....
Bilans materiałowy - reguła dźwigni:
a• n
A
= b• n
R
a• n
B
= b• n
R
a• n
A
= b• n
B
21
Układ eutektyczny prosty doskonały....
K
T
B
A
/
*
/
R
S
B
A
top
/
*
/
4 0 0 ,0
6 0 0 ,0
1 ,0
2 0 0 ,0
3 0 0 ,0
2 ,0
2 8 2 ,8
4 2 4 ,3
5 ,0
3 4 8 ,2
5 2 2 ,3
1 0 ,0
3 7 3 ,2
5 5 9 ,8
2 0 ,0
3 8 6 ,4
5 7 9 ,6
Wpływ entropii topnienia na temperaturę
eutektyczną (Założono T*
A
= T*
B
oraz
top
S*
A
=
top
S*
B
x
BE
= 1/2 )
22
Układ eutektyczny prosty doskonały....
Podstawy kriometrii ...
x
B
T
T
A
T*
A
top
T
A
0
A
1-
x
A
*
*
*
*
*
*
*
*
*
ln
ln
ln
ln
A
top
A
top
A
top
A
top
A
t
A
A
top
A
t
A
top
A
T
T
R
S
T
T
R
S
T
T
T
R
S
T
T
R
S
a
1
1
(15
)
23
Układ eutektyczny prosty doskonały....
Podstawy kriometrii ...
(16a/b)
Wobec x
A
> 0,9
a
A
x
A
*
*
ln
ln
A
top
A
top
B
A
T
T
R
S
x
x
1
*
*
A
top
A
top
B
T
T
R
S
x
B
A
top
A
top
x
S
RT
T
*
*
)
(
)
(
B
m
A
k
top
c
K
T
*
*
*
*
)
(
A
top
A
A
A
top
A
A
A
k
H
M
T
R
S
M
RT
K
1000
1000
2
Stała krioskopowa
rozpuszczalnika
24
Układ eutektyczny prosty doskonały....
Zastosowania kriometrii:
•Wyznaczanie mas molowych
•Kryterium czystości (synteza organiczna,
materiały dla mikroelektroniki)
•Termodynamika roztworów rozcieńczonych
Typowe wartości K
k
/(K·mol
-1
·kg)
W od a
1,853
B en zen
5,070
tetr ach lor om etan
29,8
k am for a
40,0
25
Układ eutektyczny prosty
doskonały....
Analiza termiczna (krzywe chłodzenia)...
Metodyka badań:
•
Sporządzić mieszaninę składników A + B o
założonym składzie (x
B
); umieściś ją w tyglu
zaopatrzonym w termometr (termoparę)
•
Ogrzać układ do całkowitego stopienia
mieszaniny
•
Chłodzić układ zachowując możliwie stałą
szybkość wymiany ciepła i rejestrować zmiany
temperatury w funkcji czasu
•
Wykreślić i zinterpretować „krzywą chłodzenia”
tzn. temperaturę układu w funkcji czasu. A
(s)
26
Układ eutektyczny prosty
doskonały....
Analiza termiczna (krzywe chłodzenia)...
350
400
450
500
550
600
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
x
B
T
/K
A
B
T*
A
T*
B
T
E
350
400
450
500
550
600
0
250
500
750
1000
Czas/s
T
/K
Czysty składnik A
27
Układ eutektyczny prosty
doskonały....
Analiza termiczna (krzywe chłodzenia)...
Czysty składnik B
350
400
450
500
550
600
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
x
B
T
/K
A
B
T*
A
T*
B
T
E
350
400
450
500
550
600
0
250
500
750
1000
Czas/s
T
/K
28
Układ eutektyczny prosty
doskonały....
Analiza termiczna (krzywe chłodzenia)...
Roztwór x
B
= 0,250
350
400
450
500
550
600
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
x
B
T
/K
A
B
T*
A
T*
B
T
E
350
400
450
500
550
600
0
250
500
750
1000
Czas/s
T
/K
29
Układ eutektyczny prosty
doskonały....
Analiza termiczna (krzywe chłodzenia)...
Roztwór x
B
= 0,750
350
400
450
500
550
600
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
x
B
T
/K
A
B
T*
A
T*
B
T
E
350
400
450
500
550
600
0
250
500
750
1000
Czas/s
T
/K
30
Układ eutektyczny prosty
doskonały....
Analiza termiczna (krzywe chłodzenia)...
Roztwór x
B
= 0,500
350
400
450
500
550
600
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
x
B
T
/K
A
B
T*
A
T*
B
T
E
350
400
450
500
550
600
0
250
500
750
1000
Czas/s
T
/K
31
Układ eutektyczny prosty
doskonały....
Analiza termiczna (krzywe chłodzenia)...
Roztwór eutektyczny x
B
= 0,4016
350
400
450
500
550
600
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
x
B
T
/K
A
B
T*
A
T*
B
T
E
350
400
450
500
550
600
0
250
500
750
1000
Czas/s
T
/K
32
Układ eutektyczny
prosty ....
Zastosowania:
•Stopy lutownicze dla potrzeb elektroniki (Pb - Sn
- Cd)
•Niskotopliwe stopy eutektyczne
(wieloskładnikowe); T
top
< 100
o
C - samoczynne
bezpieczniki przeciwpożarowe.
•Płyny niezamarzające do chłodnic
samochodowych
(1,2 - etanodiol - woda; t
E
= -40
o
C)
•Walka z gołoledzią (NaCl - woda : t
E
= -21
o
C;
CaCl
2
- woda : t
E
= -50
o
C)
•.....
33
Układ eutektyczny prosty -
rozpuszczalność....
200
250
300
350
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
x
B
T
/K
A
B
T*
A
T*
B
B
(s)
+ l
B
l
B
T*
B
>> T*
A
T
E
T*
A
x
BE
0
A -
rozpuszczalnik
B - substancja
rozpuszczona
l
B
- krzywa
rozpuszczalności
34
Układ eutektyczny prosty -
rozpuszczalność....
Wpływ temperatury topnienia
T*
B2
> T*
B1
x
B2
< x
B1
200
250
300
350
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
x
B
T
/K
A
B
T*
A
T*
B1
T*
B2
x
B1
x
B2
35
Układ eutektyczny prosty -
rozpuszczalność....
Wpływ entropii topnienia
t
S*
B2
>
t
S*
B2
x
B2
< x
B1
200
250
300
350
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
x
B
T
/K
A
B
T*
A
T*
B1/2
B
1
B
2
x
B1
x
B2
36
Układ eutektyczny prosty -
rozpuszczalność....
Wpływ niedoskonałości roztworu
G
E
> 0
x
B
< x
Bdosk
x
B
250
300
350
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
x
B
T
/K
---doskonała
---rzeczywista
T*
B
x
B
dos
k
x
B
37
Układ eutektyczny prosty -
rozpuszczalność....
Wpływ niedoskonałości roztworu
G
E
< 0
x
B
> x
Bdosk
250
300
350
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
x
B
T
/K
---doskonała
---rzeczywista
T*
B
x
B
dosk
x
B
38
Połowy dokonał, kto zaczął.
Horacy - Quintus Horatius Flaccus
(65 p.n.e. - 8 n.e.) - poeta rzymski.
Document Outline
- Slide 1
- Slide 2
- Slide 3
- Slide 4
- Slide 5
- Slide 6
- Slide 7
- Slide 8
- Slide 9
- Slide 10
- Slide 11
- Slide 12
- Slide 13
- Slide 14
- Slide 15
- Slide 16
- Slide 17
- Slide 18
- Slide 19
- Slide 20
- Slide 21
- Slide 22
- Slide 23
- Slide 24
- Slide 25
- Slide 26
- Slide 27
- Slide 28
- Slide 29
- Slide 30
- Slide 31
- Slide 32
- Slide 33
- Slide 34
- Slide 35
- Slide 36
- Slide 37
- Slide 38
Wyszukiwarka
Podobne podstrony:
13b Równowaga ciecz kryształ w układach dwuskładnikowych (b)id 15112 ppt
12a Równowaga ciecz para w układach dwuskładnikowych (a)id 14224 ppt
12a Równowaga ciecz para w układach dwuskładnikowych (a)id 14224 ppt
12b Równowaga ciecz para w układach dwuskładnikowych (b)
Chemia Fizyczna - dokumenty, wyk%B3ad 8, Układy dwuskładnikowe - równowaga ciecz - para
8.RÓWNOWAGI FAZOWE W UKŁADACH DWUSKŁADNIKOWYCH, Politechnika Łódzka, Technologia Żywności i Żywienie
Równowaga fazowa w układach dwuskładnikowych1
Równowaga ciecz - para, Studia, Politechnika
Fizyczna Ćw 5 1 równowaga ciecz para
Równowaga ciecz para
Równowaga ciecz para
Równowaga ciecz para a
Równowaga ciecz para
13 ZMIANY WSTECZNE (2)id 14517 ppt
więcej podobnych podstron