56830

Podanie wszystkich parametrów intensywnych (jak np. temperatura, gęstość, ciśnienie) czy ekstensywnych (proporcjonalnych do ilości mateni w układzie) nie jest konieczne aby scharakteryzować stan układu wystarczy podać tylko niektóre z nich.

Najmniejszą liczbę parametrów intensywnych koniecznych do opisu stanu układu nazywa się liczbą stopni swobody układu.

Liczba stopni swobody określa ile parametrów intensywnych można zmieniać w pewnych granicach niezależnie od siebie tak, aby nie spowodować zmiany liczby faz będących w równowadze w danym układzie.

Liczbę faz. składników i liczbę stopni swobody układu w stanie równowagi określa reguła faz Gibbsa:

n ■ o -• P + 2

n • liczba stopni swobody układu a - liczba składników układu p - liczba faz

n ■ a

Liczba stopni swobody jest większa o 1 od ilości składników.

Układ dwufazowy:

Liczba stopni swobody jest równa ilości składników układu.

Ułdadlrójfa^o wy; n = o •• l

W tym przypadku liczba stopni swobody jest o 1 mniejsza od ilości składników.

Układem trójfazowym jednoskładnikowym jest np. układ: lód - woda - para wodna. Współistnienie tych trzech faz możliwe jest tylko w ściśle określonej temperaturze (T»273,16K - 0,01*C) i pod ściśle określonym ciśnieniem

(p=6,16 Pa = 4,62 mmHg). Wówczas wszystkie fazy będą pozostawały dowolnie długo w stanie równowagi termodynamicznej. Parametry te wyznaczają tzw. punkt potrójny wody. w którym schodzą się krzywe równowagi ciało stałe - ciecz - para. Zmiana jednego z parametrów zmienia stan równowagi układu, przy czym znika jedna z faz.

Na wykresach fazowych płaszczyzny odpowiadają Jednej fazie, linie - równowadze dwu faz, a punkty - równowadze

trzech faz.

Linie ciągłe na wykresie fazowym wody oznaczają odpowiednio warunki, w których następuje:    0 - A - sublimacja lub

resublimacja

A-C - wrzenie lub skraplanie    A-D - topnienie lub krzepnięcie

Na wykresie nie zostały zachowane proporcje, np. odcinek A-D powinien być praktycznie pionowy ze względu na bardzo małą ściśliwość wody. a różnica temperatur pomiędzy punktem ą i E wynosi 0,01®C.

Współrzędne punktu E (krzepnięcie wody): 273.15K. 1013 hPa B (wrzenie wody): 373.15K. 1013 hPa

Parametry punktu potrójnego wody posłużyły za definicję bezwzględnej skali temperatur (skali KoMna), zero bezwzględne to - 273,15*C.

Punkt potrójny dla C0₂ przypada przy T ■ 216.6.K oraz p ■ 518 10* Pa.

ROZTWORY

Roztworami nazywa się mieszaniny jednorodne;

faza obecna w nadmiarze nazywa się rozpuszczalnikiem.

Najczęściej mamy do czynienia z roztworami gazów, cieczy i ciał stałych w cieczach: najbardziej rozpowszechnionym rozpuszczalnikiem jest woda.

Rozpuszczalniki mogą być polarne (np. woda. alkohole) lub niepolarne (np. benzen, heksan, CCI, itp.).

Substancje o budowie jonowej lub polarnej rozpuszczają się dobrze w rozpuszczalnikach polarnych, natomiast substancje niepolarne • w rozpuszczalnikach nlepolarnych

O tym czy dana substancja rozpuszcza się dobrze w danym rozpuszczalniku decydują oddziaływania cząsteczek tej substancji pomiędzy sobą ( siły ff*._A). oddziaływania cząsteczek tej substancji z cząsteczkami rozpuszczalnika (f*.,) oraz oddziaływania cząsteczek rozpuszczalnika między sobą (f».«).

Wiele substancji rozpuszcza się tylko w ograniczonym zakresie.

Roztwór, w którym ustaliła się równowaga pomiędzy substancją rozpuszczoną I rozpuszczalnikiem, a substancja rozpuszczona nie ulega w danej temperaturze dalszemu rozpuszczaniu to roztwór nasycony (dwufazowy). Rozpuszczalność Jest to maksymalna Ilość danej substancji, którą w określonej temperaturze można rozpuścić się w jednostce masy rozpuszczalnika. Przeważnie rozpuszczalność oznacza sle w a na 100q rozpuszczalnika.

Procesowi rozpuszczania towarzyszy zjawisko solwatacjl . czyli otaczania cząsteczek substancji rozpuszczonej przez cząsteczki rozpuszczalnika. Sołwatacja może ułatwiać rozpuszczanie substancji.

Dla teoretycznych rozważań wprowadzono pojęcie roztworu doskonałego.

Roztwory doskonałe są to układy jednofazowe, wieloskładnikowe takie, że oddziaływania pomiędzy różnymi rodzajami cząsteczek w mieszaninie są bardzo podobne do oddziaływań pomiędzy cząsteczkami czystych składników, czyli

f A*A ~ f » B “ f*-B

Rozpuszczalność gazów w cieczach maleje ze wzrostem temperatury I zależy od rodzaju gazu, np. w temperaturze pokojowej

w 1 dm’ wody rozpuszcza się tylko 0.017 dm’ wodoru, ale 710 dm’ amoniaku.

Rozpuszczalność gazów w cieczach zależy również od ciśnienia, zgodnie z zależnością:

Ci ■ ki • p, prawo Henry' ego;

Stężenie gazu w roztworze ( c>) Jest wprost proporcjonalne do jego ciśnienie cząstkowego (prężności cząstkowej Pi ) nad roztworem.

Zagadnienie to ma znaczenie praktyczne, np. obecność gazów we krwi. rozpuszczalność tlenu z powietrza lub innych gazów (np. COj) w wodach naturalnych w przyrodzie.

Obecność Jonów w roztworze zmnfrfeza różPM««ąlnPŚ< gazów.

Zawartość danego składnika w roztworze określa stężenie roztworu.

Można je wyrazić na wiele sposobów. Zgodnie z układem SI stężenie molowe to ilość moli substancji rozpuszczonych w 1 m^J roztworu. W praktyce stosuje się stężenie wyrażone w mol/ dm!-

W obliczeniach fizykochemicznych stosuje się stężenie zwane ułąmkjęm molowym I procent molowy.