Fázové rovnováhy

Gibbsův zákon fází v = s – f + 2 s…počet nezávislých složek f… počet fází v…počet stupňů volnosti = počet intenzívních proměnných, které můžeme v heterogenním vícesložkovém systému libovolně měnit aniž bychom porušili charakter soustavy

Fázový diagram vody

Fázový diagram vody Jednosložková soustava s, l, g … existenční oblasti (led, voda, pára) červené křivky … koexistenční křivky dvou fází T … trojný bod – průsečík koexistenčních křivek, koexistence všech tří fází p = 610,5 Pa, T = 273,16 K

Anomálie vody hustota ledu je menší než hustota vody, voda při tuhnutí zvětšuje svůj objem Hustota vody s poklesem teploty roste až do 4°C. Od 4°C do 0°C hustota vody klesá

Dvousložkové soustavy Rozpustnost plynů v kapalinách: Soustava se skládá ze dvou fází: plynné – plyn + páry kapaliny kapalné – kapalina + rozpuštěný plyn Rovnováhu vyjadřuje Henryho zákon

Henryho zákon xi …. molární zlomek plynu rozpuštěného v kapalině pi … parciální tlak plynu Hi …..Henryho konstanta – závisí na povaze plynu a kapaliny Henryho zákon platí pro málo rozpustné plyny za nízkých tlaků. Neplatí pro plyny reagující s rozpouštědlem

Destilace Separační metoda oddělování neomezeně mísitelných kapalin s rozdílným bodem varu 1, 2 ….. složky Plynná fáze…….. y1, y2 Kapalná fáze ……x1 ,x2

Raoultův vztah Rovnovážný vztah pro destilaci ……parciální tlak složky v plynné fázi ……molární zlomek složky v kapalné fázi ……čistá tenze – tlak nasycených par čisté složky ,

Úprava Raoultova zákona Výpočet složení plynné fáze ze známého složení fáze kapalné

Izobarický fázový diagram

Izotermický fázový diagram

Vysvětlivky k diagramům tR …..křivka rosných bodů tV ….. křivka bodů varu x ……molární zlomek v kapalné fázi y ……molární zlomek v plynné fázi p ….. tlak t …….teplota

Frakční destilace Provádí se za konstantního tlaku, odebírají se podíly o různém složení při různých teplotách

Reálné soustavy Azeotropické směsi složky nelze oddělit destilací

Azeotropické směsi

Azeotropické směsi

Rektifikace Opakovaná kontinuální destilace, prováděná na kolonách Kolony: náplňové patrové

Dvě omezeně mísitelné kapaliny Soustava: 2 složky - A, B 2 fáze - nasycený roztok A v B a nasycený roztok B v A = konjugované roztoky V´, V´´ C - horní kritická rozpouštěcí teplota

Příklad - pákové pravidlo

Systém NaCl - voda

Tenzimetrie Měřící metoda k určení molární hmotnosti rozpuštěné látky z poklesu tlaku nad roztokem Index 2 …………rozpuštěná látka Index 1………….rozpouštědlo

Tenzimetrie Raoultův zákon

Tenzimetrie

Tenzimetrie M1 … molární hmotnost rozpouštědla M2 … molární hmotnost rozpuštěné látky m2 … navážka rozpuštěné látky m1 … hmotnost rozpouštědla … pokles tlaku

Ebulioskopie Při ebulioskopii měříme zvýšení bodu varu rozpouštědla přídavkem malého množství netěkavé látky. Platí přitom rovnice kde T je teplota varu zředěného roztoku a T1 je teplota varu čistého rozpouštědla, m2 je molalita rozpuštěné látky.

Ebulioskopie KE označuje ebulioskopickou konstantu, již je možno určit z vlastností čistého rozpouštědla kde ΔHvýp,1 je výparná entalpie čistého rozpouštědla při teplotě varu T1.

Kryoskopie Při kryoskopii pak měříme snížení bodu tání přidáním netěkavé komponenty 2 do čisté kapalné látky 1 za tvorby velmi zředěného roztoku kde T je teplota tání zředěného roztoku, T1 je teplota tání čistého rozpouštědla, m2 označuje molalitu rozpuštěné látky, m1 resp. m2 označuje hmotnost příslušné složky a Kk kryoskopickou konstantu

Kryoskopie Kk kryoskopickou konstantu je možno určit z vlastností čistého rozpouštědla

Osmometrie Osmotický tlak = se tlak, který brání pronikání čistého rozpouštědla polopropustnou membránou do roztoku. Jeho velikost lze spočítat z Morseovy rovnice:   kde VA je celkový objem rozpouštědla (VA = nAVmA) v daném roztoku a nB – látkové množství rozpuštěné látky B.

Nahradíme – li ve zředěném roztoku objem rozpouštědla VA celkovým objemem roztoku V, nedopustíme se tím velké chyby a dostaneme tzv. van´t Hoffovu rovnici: cB →0 kde cB je molární koncentrace rozpuštěné látky B (v mol.m-3)

Třísložkové soustavy Extrakce kapaliny kapalinou Soustava: 2 nemísitelné kapaliny + 3. složka rozpustná v obou kapalinách Rovnovážný vztah = Nernstův rozdělovací zákon

Třísložkové soustavy Nernstův rozdělovací zákon c1 …koncentrace složky 3 v rozpouštědle 1 c2 …koncentrace složky 3 v rozpouštědle 2 K …Nenstův rozdělovací koeficient K je závislý na teplotě

Trojúhelníkové diagramy

Trojúhelníkové diagramy

p/Pa Fázový diagram vody 2 3 105 4 1 T/K 273,15 273,16 373

http://www. gjp. cz/storage/1206882944_sb_fzovdiagramvody http://www.gjp.cz/storage/1206882944_sb_fzovdiagramvody.ppt#257,1,Skupenské změny v uzavřené nádobě