Zagadnienia z tematu: wyznaczanie diagramu fazowego ciecz - para dla układu dwu składnikowego.

Zad nr1. Na przedstawionym diagramie ciecz - para:

• Narysuj linię przedstawiającą stany układu jako całości podczas ogrzewania roztworu przez pkt. A. Układ jest zamknięty.

• Wymień fazy podaj ich składy i oblicz liczbę stopni swobody w wybranych charakterystycznych punktach na narysowanej linii

Zad nr2. Prawo Raoulta i odchylenie od prawa Raoulta - przyczyny i konsekwencje.

Prawo Raoulta określa skład pary nasyconej nad cieczą o znanym składzie. Prawo Raoulta pozwala łatwo wytłumaczyć podwyższenie temperatury wrzenia dla cieczy zawierających substancje nielotne - ciśnienie nad cieczą przy standardowej temperaturze wrzenia, określonej przez ciśnienie zewnętrzne jest niższe niż wymagane do wrzenia. Wymagane jest więc ogrzanie cieczy do wyższej temperatury. Jeżeli ciśnienie pary nasyconej jest wyższe niż przewidywane przez prawo Raoulta, mówi się o dodatnim odchyleniu od prawa Raoulta. Jeśli ciśnienia pary nasyconej są mniejsze, wówczas mówi się o odchyleniach ujemnych. Jeżeli odchylenia są tak duże, że na wykresie P(x) pojawia się ekstremum (maksimum lub minimum) mówi się o azeotropach.

Zad nr3. Wyjaśnij w jakim celu mierzysz w ćwiczeniu współczynnik załamania światła badanych roztworów dwuskładnikowych.

Skład kondensatu oznaczamy metodą refraktometryczną. W tym celu wyznaczamy współczynnik załamania światła (n) uprzednio przygotowanych roztworów o znanym stężeniu i czystych składników, po czym sporządzamy wykres n=f (skład roztworu). Następnie mierzymy współczynnik załamania światła próbek kondensatu i określamy ich skład przy pomocy sporządzonego wykresu.

Zad nr4. Wyjaśnij kiedy mamy do czynienia azeotropem dodatnim a kiedy ujemnym?? (uwzględnij oddziaływania międzycząsteczkowe).

Zad nr5. Destylacja prosta i rektyfikacja.

Destylacja prosta to destylacja, w której pary destylowanej cieczy kierowane są wprost do chłodnicy, a po skropleniu odbierane jako produkt w odbieralniku.

Zmiany stanu pary powstającej w czasie destylacji są opisywane przesuwaniem się pkt. p po krzywej górnej, również na prawo. Chcąc wyodrębnić czysty składnik niżej wrzący, parę powstającą w czasie wrzenia cieczy należy poddać stopniowej kondensacji. Zmiany składu pary podczas tego procesu można opisać przesuwaniem się pkt. po krzywej górnej w kierunku na lewo od punktu odpowiadającego składowi pary na początku procesu. W końcowej fazie procesu uzyskamy czysty składnik niżej wrzący w fazie gazowej. Połączenie obu opisanych procesów w tak sposób, by przebiegały jednocześnie w etj samej aparaturze stanowi tzw. proces rektyfikacji.

Zagadnienia z tematu: Kriometria.

Zad nr1. Jak zmienia się temperatura krzepnięcia roztworu wraz ze wzrostem jego stężenia?? Podaj podstawowe równanie kriometrii opisujące tę zależność oraz wyjaśnij pojęcie stężenia w tym równaniu.

Odp: W warunkach stałego ciśnienia temperatura krzepnięcia roztworu dwuskładnikowego jest jednoznaczną funkcją jego stężenia i ze wzrostem stężenia spada. W konsekwencji również różnica między temperaturą krzepnięcia rozpuszczalnika i temperaturą krzepnięcia roztworu, zwana obniżeniem temperatury krzepnięcia roztworu, jest jednoznaczną funkcją stężenia roztworu i ze wzrostem jego stężenia rośnie. Na drodze rozważań termodynamicznych można wyprowadzić następującą zależność między obniżeniem temperatury krzepnięcia roztworu, ∆T, a jego molalnością:

, lub równoważnie
,

gdzie: L_t - molowe ciepło topnienia rozpuszczalnika,

l_t - gramowe ciepło topnienia rozpuszczalnika,

M - masa cząsteczkowa rozpuszczalnika,

m - molalność roztworu (liczba moli substancji rozpuszczonej przypadająca na 1000 g rozpuszczalnika),

R - stała gazowa,

T₀ - temperatura krzepnięcia rozpuszczalnika w skali absolutnej

Zad nr2. Narysuj krzywą stygnięcia roztworu obserwowana podczas pomiaru kriometrycznego (∆T, t) metodą Beckmanna. Jakie są potencjalne przyczyny błędów i jak można te błędy zminimalizować??

Zad nr3. Jak wpływa dysocjacja na otrzymane wartości masy molowej? Uzasadnij swą odpowiedź wzorami.

Odp: Jeśli wprowadzona do roztworu substancja ulega pełnej dysocjacji, przy czym każda cząsteczka dysocjuje na ν jonów, to liczba moli kinetycznie niezależnych cząstek w 1 kg rozpuszczalnika wynosi ν * m. W konsekwencji obniżenie temperatury krzepnięcia takiego roztworu jest ν razy większe, niż to wynika ze wzoru ∆T=K_km, wyprowadzonego dla substancji nie ulegającej w roztworze dysocjacji: ∆T=ν*K_k*m. Wzór ten pozwala na określenie wartości ν w oparciu o eksperymentalnie wyznaczone wartości ∆T, o ile K_k rozpuszczalnika oraz molalność roztworów są znane. Ponieważ jednak wzór ten, podobnie jak wzór ∆T=K_km, ma charakter graniczny, więc ν jest równe granicy, do której zdąża wyrażenie ∆T/( K_k*m) dla m dążącego do zera:

Zad nr4. Jak wykonuje się pomiary temperatury przy pomocy termoogniwa??

Odp: Pomiar wykonuje się następująco. Stosujemy do tego celu obwód zbudowany z dwóch metali A i B oraz miernika mierzącego powstałą siłę termoelektryczną. Jedną ze spoin utrzymuje się w stałej i znanej temperaturze T_o, jest to tzw. Spoina odniesienia. Drugą spoinę umieszcza się w środowisku, którego temperaturę T mierzymy, i nazywa się spoiną pomiarową. Często stosowanym terminem jest również spoina zimna i gorąca.

Zagadnienia z tematu: Wyznaczanie diagramu fazowego dla dwuskładnikowych układów skondensowanych??

Zad nr1. Podaj regułę faz Gibbsa. Wyjaśnij występujące w niej wielkości. Przedstaw regułę faz Gibssa dla układów skondensowanych.

Odp: Reguła faz Gibasa określa zależnośc między liczbą faz, liczbą składników niezależnych oraz liczbą stopni swobody dla pozostającego w stanie równowagi układu zamkniętego z punktu widzenia wymiany masy.

Faza: jest to jednorodna pod względem składu i własności fizycznych część układu, oddzielona od pozostałych części, posiadających inne własności, powierzchniami określonymi jako granice faz. Faza jako tako nie musi stanowić jednej bryły. Mieszanino drobno potłuczonego lodu i wody stanowi układ dwu fazowy.

Liczba składników niezależnych: jest to najmniejsza liczba rodzajów cząsteczek, z których można zbudować układ, albo za pomocą których można wyrazić skład każdej z jego faz. Za składnik należy uważać każdą substancję, której stężenie można w pewnych granicach zmieniać niezależnie. Skład układu wyrażony jako ilości składników niezależnych określa jednoznacznie skład każdej z obecnych w układzie faz.

Liczba stopni swobody: Jest to największa liczba parametrów intensywnych, których wartości mogą zmieniać się dowolnie, w pewnych granicach nie powodując zmiany liczby faz. Inaczej mówiąc, liczba stopni swobody równa się najmniejszej liczbie parametrów, które wystarczają dla jednoznacznego określenia układu.

Zad nr2.

• Uzupełnij diagram

• Narysuj linie przedstawiające stany układu jako całości podczas stygnięcia

• Narysuj obok diagramu krzywe stygnięcia A, B, C .

• Oblicz liczbę stopni swobody na różnych charakterystycznych odcinkach krzywych stygnięcia

Zad nr3. Do czego służy i jak działa termoogniwo??

Zasada działania termoelementów jest następująca: w obwodzie złożonym z dwu różnych metali A i B, których złącza znajdują się w dwu różnych temperaturach T i T_o obserwuje się przepływ prądu. Przyczyną tego zjawiska jest niejednakowy rozkład swobodnych elektronów wzdłuż przewodnika, na skutek różnicy temperatur i różnic strukturalnych obu metali. Jeśli obwód zostanie otwarty w jakimś obszarze izotermicznym wówczas n końcach obwodu otwartego powstanie siła termodynamiczna E zależna jedynie od rodzaju metali A i B i od temperatury obu spoin T i T_o. Poważny wniosek dotyczy jedynie obwodów termoelektrycznych wykonanych z materiałów. A przyrząd ten wykorzystuje się do pomiaru temperatury.

---