UKAADY ZAOÅ»ONE I PRZEMIANY FAZOWE UkÅ‚ady jedno- i wielofazowe Faza a" jednolita część ukÅ‚adu o danym stanie skupienia, oddzielona od pozostaÅ‚ych części wyraznymi granicami i różniÄ…ca siÄ™ od nich wÅ‚aÅ›ciwoÅ›ciami fizycznymi. UkÅ‚ad jednofazowy (prosty, jednorodny) skÅ‚ada siÄ™ z 1 fazy. UkÅ‚ad wielofazowy (zÅ‚ożony, niejednorodny) skÅ‚ada siÄ™ z > 1 fazy. UkÅ‚ad jednofazowy może być jednoskÅ‚adnikowy (np. woda) lub wieloskÅ‚adnikowy (np. roztwór wodny soli kuchennej). UkÅ‚ad wielofazowy może być jednoskÅ‚adnikowy (np. woda + lód) lub wieloskÅ‚adnikowy (np. mieszanka betonowa). P.Aukowski, 2 UkÅ‚ady jedno- i wielofazowe Mieszanina gazów zawsze stanowi jednÄ… fazÄ™ (np. powietrze). Mieszanina cieczy może stanowić jednÄ… lub wiÄ™cej faz, zależnie od wzajemnej rozpuszczalnoÅ›ci: woda + metanol = 1 faza woda + nafta = 2 fazy Mieszanina ciaÅ‚ staÅ‚ych zwykle stanowi ukÅ‚ad wielofazowy (np. beton). WyjÄ…tek: krysztaÅ‚y mieszane. P.Aukowski, 3 Przemiany fazowe Przemiana fazowa a" zmiana stanu skupienia, zmiana struktury krystalicznej lub przejÅ›cie z fazy ciÄ…gÅ‚ej do rozproszonej (rozpuszczanie) bÄ…dz odwrotnie (krystalizacja). T gaz parowanie ciecz skraplanie topnienie c.staÅ‚e krzepniÄ™cie Q P.Aukowski, 4 Wykres równowag fazowych wody P.Aukowski, 5 Uogólniony wykres równowag fazowych stan ciecz Å›ciÅ›liwa nadkrytyczny ciaÅ‚o staÅ‚e ciecz para przegrzana P.Aukowski, 6 Równowaga termodynamiczna UkÅ‚ad w stanie równowagi termodynamicznej a" ukÅ‚ad, w którym dowolnie dÅ‚ugo nie zachodzÄ… żadne zmiany. UkÅ‚ad jest w stanie równowagi termodynamicznej, jeÅ›li zachodzÄ… jednoczeÅ›nie 3 równowagi czÄ…stkowe: - termiczna: brak różnic temperatury w ukÅ‚adzie i miÄ™dzy ukÅ‚adem a otoczeniem, - chemiczna: brak reakcji chemicznych w ukÅ‚adzie i miÄ™dzy ukÅ‚adem a otoczeniem, - mechaniczna: wszystkie siÅ‚y dziaÅ‚ajÄ…ce w ukÅ‚adzie i miÄ™dzy ukÅ‚adem a otoczeniem sÄ… zrównoważone. P.Aukowski, 7 ReguÅ‚a faz Gibbsa Liczba stopni swobody, z a" liczba parametrów ukÅ‚adu, które można zmieniać (w pewnych granicach), nie wywoÅ‚ujÄ…c przemian fazowych w tym ukÅ‚adzie s a" liczba skÅ‚adników ukÅ‚adu f a" liczba faz w ukÅ‚adzie r a" liczba reakcji chemicznych przebiegajÄ…cych w ukÅ‚adzie z = s f r + 2 P.Aukowski, 8 ReguÅ‚a faz Gibbsa z = s f r + 2 UkÅ‚ad bez reakcji chemicznych, r = 0 Ò! z = s f + 2 UkÅ‚ad bez reakcji chemicznych, r = 0, jednoskÅ‚adnikowy, s = 1 Ò! z = 3 f UkÅ‚ad bez reakcji chemicznych, r = 0, jednoskÅ‚adnikowy, s = 1, trójfazowy (np. woda w punkcie potrójnym), f = 3 Ò! z = 0 P.Aukowski, 9 UkÅ‚ady rozproszone UkÅ‚ad rozproszony (dyspersja) skÅ‚ada siÄ™ z: - fazy rozproszonej (czÄ…stki fazy rozproszonej a" inkluzje), - fazy rozpraszajÄ…cej (ciÄ…gÅ‚ej, matrycy). P.Aukowski, 11 Rodzaje ukÅ‚adów rozproszonych Cecha UkÅ‚ad UkÅ‚ad niejednorodny jednorodny (roztwór) Koloid Zawiesina Wielkość czÄ…stki < 1 nm 1 1000 nm > 1000 nm rozproszonej Możliwość - Specjalne + rozdzielenia sÄ…czki metodami fizycznymi Rozpoznawalność - Efekt + optyczna Tyndalla P.Aukowski, 12 UkÅ‚ady niejednorodne Faza rozproszona Faza Gaz Ciecz C. staÅ‚e rozpra- szajÄ…ca Zawiesina Koloid Zawiesina Koloid Zawiesina Koloid np. dym np. Å›nieg aerozol, np. deszcz - - np. mgÅ‚a Gaz np. emulsja emulsja, zol, piana piana mieszanka koloidalna, np. farba np. szkÅ‚o koloidalna, Ciecz betonowa np. wodne np. mydlana epoksydowa staÅ‚y zol, np. woda np. woda staÅ‚a piana, staÅ‚a piana np. beton np. niektóre porowa kapilarna np. koloidalna, stopy metali w betonie gazobeton np. stward- w betonie C. staÅ‚e niaÅ‚y zaczyn cementowy P.Aukowski, 13 UkÅ‚ady koloidalne Otrzymywanie koloidów Metody dyspersyjne: rozdrabnianie wiÄ™kszych czÄ…stek do wymiarów koloidalnych (np. mechanicznie lub ultradzwiÄ™kami). Metody kondensacyjne: Å‚Ä…czenie mniejszych czÄ…stek w wiÄ™ksze agregaty (przez reakcje chemiczne, np. polimeryzacjÄ™). P.Aukowski, 14 UkÅ‚ady koloidalne Budowa czÄ…stki koloidalnej H+ H+ H+ H+ H+ jÄ…dro micela granula SiO32- SiO2 SiO32- H+ H+ powÅ‚oka H+ adsorpcyjna H+ powÅ‚oka H+ dyfuzyjna krzemionka SiO2 P.Aukowski, 15 2- 3 SiO 2- 3 SiO UkÅ‚ady koloidalne Koagulacja Najbardziej typowy ukÅ‚ad koloidalny: faza staÅ‚a rozproszona w fazie ciekÅ‚ej a" zol. AÄ…czenie siÄ™ czÄ…stek fazy rozproszonej w wiÄ™ksze agregaty prowadzi do powstania żelu. koagulacja zol żel peptyzacja P.Aukowski, 16 UkÅ‚ady koloidalne Flokulacja CzÄ…stki żelu majÄ… tendencjÄ™ do wydzielania siÄ™ z ukÅ‚adu a" flokulacja. P.Aukowski, 17 UkÅ‚ady koloidalne Koloid liofilowy czÄ…stki fazy rozproszonej sÄ… solwatowane przez czÄ…steczki rozpuszczalnika (jeÅ›li rozpuszczalnikiem jest woda Ò! koloid hydrofilowy). CzÄ…stki koloidalne izolowane od siebie Ò! koagulacja trudniejsza wymaga dużego stężenia elektrolitu. Koloidy liofilowe sÄ… odwracalne: żel można speptyzować z powrotem do postaci zolu. P.Aukowski, 18 UkÅ‚ady koloidalne Koloid liofobowy czÄ…stki fazy rozproszonej nie oddziaÅ‚ujÄ… z czÄ…steczkami rozpuszczalnika (jeÅ›li rozpuszczalnikiem jest woda Ò! koloid hydrofobowy). CzÄ…stki koloidalne nie sÄ… izolowane od siebie Ò! koagulacja Å‚atwiejsza. Koloidy liofobowe sÄ… nieodwracalne: żelu nie można speptyzować z powrotem do postaci zolu. P.Aukowski, 19 UkÅ‚ady koloidalne Dializa czÄ…stki koloidalne nie przechodzÄ… przez bÅ‚ony półprzepuszczalne, przez które przechodzi rozpuszczalnik (hemodializa). Elektroforeza czÄ…stki koloidalne majÄ… Å‚adunki elektryczne Ò! przemieszczajÄ… siÄ™ pod wpÅ‚ywem zewnÄ™trznego pola elektrycznego (oczyszczanie wody). Elektroosmoza jeÅ›li czÄ…stki fazy rozproszonej sÄ… mechanicznie unieruchomione, to pod wpÅ‚ywem zewnÄ™trznego pola elektrycznego przemieszcza siÄ™ rozpuszczalnik (osuszanie murów). P.Aukowski, 20 UkÅ‚ady koloidalne Tiksotropia a" upÅ‚ynnienie żelu (peptyzacja) pod wpÅ‚ywem siÅ‚ Å›cinajÄ…cych. Struktura szkieletowa żelu zostaje mechanicznie zniszczona, a po ustaniu dziaÅ‚ania siÅ‚y odtwarza siÄ™ ponownie. - nanoszenie farby na Å›cianÄ™ :& - wbijanie pali w grunt :& - upÅ‚ynnienie podÅ‚oża gruntowego pod drogÄ… na stoku Reopeksja a" zjawisko odwrotne do tiksotropii wzmocnienie a" a" a" (koagulacja) pod wpÅ‚ywem siÅ‚ Å›cinajÄ…cych. P.Aukowski, 21 Efekt Tyndalla P.Aukowski, 22