RÓWNOWAGI FAZOWE

RÓWNOWAGA CIECZ -

CIECZ

KLASYFIKACJA

ROZTWORÓW

• Z punktu widzenia

termodynamicznego

– Doskonałe
– Niedoskonałe

• Doskonałe - wieloskładnikowe

jednofazowe (prawo Raoulta)

• Doskonałe gazy – spełnienie prawa

Daltona

ROZTWORY DOSKONAŁE

• Trzy warunki:
• Całkowita energia wewnętrzna

układu jednofazowego
dwuskładnikowego jest liniową
funkcją składu

• Objętość ogólna roztworu winna być

liniową funkcją składu

• Zmiana entropii: S=- R T ln X

i

Roztwory niedoskonałe

• Jeżeli jeden z trzech warunków

niespełniony

• Roztwory prawidłowe (regularne)

– War 1 , inne warunki tak

• Roztwory atermiczne

– War 3 

Podział ze względu na

właściwości strukturalne

• Mieszaniny gazów
• Roztwory w ciekłych rozpuszczalnikach
• Gazów
• Nieelektrolitów
• Elektrolitów (ścisłą teorię ilościową)
• Związków wielkocząsteczkowych

(technologia organiczna)

• Roztwory stałe
• Układy koloidalne

Procesy nierównowagowe.

Dyfuzja

• Rozpatrzmy cukier w szklance wody
• Zróżnicowanie stężenia w różnych

miejscach - zróżnicowane

parametry stanu

• Dochodzenie do stanu równowagi:
• Szybkość rozpuszczania cukru
• Szybkość odprowadzania

cząsteczek cukru w głąb roztworu

Dyfuzja

• Zjawisko przenoszenia cząsteczek

jednej substancji względem
cząsteczek drugiej substancji
wewnątrz jednej fazy, wywołane
istniejącym w roztworze
gradientem stężenia, nazywamy
dyfuzją

Opis w stanie

nierównowagi

• Objętość fazy na tyle duża, aby

zmiany parametrów stanu można
było traktować jako ciągłe.

• Taka liczba cząsteczek aby można

było stosować elementy statystyki

• Bodziec – gradient stężenia
• Szybkość dyfuzji = - D gradient C

Współczynniki dyfuzji

D/10

-9

m

2

s

-1

w

temperaturze 25° C

Woda w wodzie

2,26

Ar w CCl

4

3,63

Metanol w wodzie

1,58

Sacharoza w wodzie

0,522

Glicyna w wodzie

0,673

Tlen w CCl

4

3.82

Współczynnik dyfuzji

• [D] cm

2

sec

-1

• W gazach - rzędu 10

-2

• W cieczach –rzędu 10

-5

• W ciałach stałych – rzędu 10

-10

Znaczenie D

• Rozchodzenie się zanieczyszczeń

w jeziorach i atmosferze

• Ruch całości – konwekcji
• Ruch cząsteczki:
• Wypadkowa odległość x

2

= 2Dt

Zadanie

• Współczynnik samodyfuzji H

2

O w

wodzie w temperaturze 25°C wynosi
2,26 10

-9

/m

2

s

-1

. Ile czasu potrzebuje

średnio cząsteczka wody, by pokonać
odległość a) 1 cm b) 2 cm od punktu
wyjścia w niemieszanej próbce wody?

• X = 2Dt, t=x

2

/2 D t = 0,01 x 0,01/(2x

2,26 10

-9

). 6,1 h t

2

= (4/4,56) 10

5

=25

h

Równanie Einsteina -

Smoluchowskiego

• Ruch cząsteczek jako błądzenie

przypadkowe D, szybkością,

długością kroków,

• D=

2

/2

• Cząsteczka która wykonuje szybko

długie kroki wykazuje duży
współczynnik dyfuzji

Zadanie

• Przyjmijmy, że cząsteczka wody

pokonuje w procesie samodyfuzji za
każdym przeskokiem drogą równą
swej średnicy (około 200 pm). Ile
czasu wymaga jeden przeskok w
temperaturze 25 °C?

• (2 10

-10

m )

2

= 2 2,26 10

-9

t

• t=4 10

-20

/4,52 10

-9

= 9 ps

Wpływ temperatury

• D wzrasta z temperaturą
• Cząsteczka uwalnia się od sił

przyciągania

• Zwiększa się szybkość

błądzeniazmniejsza się czas błądzenia t

• Jeżeli szybkość błądzenia przypadkowego

spełnia równanie Arrheniusa o energii

aktywacji, to współczynnik dyfuzji

powinien wykazać zależność:

D vs. temperatura

• D e

-(E/RT)

• Szybkość powiązana jest z lepkością

cieczy

• Im większa lepkość tym mniejszy D

czyli:

 e

(E/RT)

• Czyli lepkość maleje ze wzrostem

temperatury.

Zadanie