Chemie anorganických materiálů I. Martin Míka Ústav skla a keramiky A14, A15 22044 4102

Obsah následujících přednášek A. Termodynamika rovnovážných stavů B. Chemická rovnováha

Literatura V.Šatava: Fyzikální chemie silikátů I. V.Šatava: Úvod do fyz. chem. silikátů P.Atkins: Physical Chemistry V.I.Babushkin: Thermodynamics of Silicates

Význam TD TD umožňuje předpovídat těžce měřitelné veličiny z veličin snadněji měřitelných Předpověď rovnovážného stavu pro danou soustavu Soustava mimi rovnováhu -> děje vedoucí k rovnováze Nastavení technologie výroby (dosažení reprodukovatelnosti)

Rozdělení TD Hmotné těleso soustava bodů kontinuum Statistická TD Fenomenologická TD

Krystaly spinelu

Soustava bodů - atomů

Rozdělení TD Hmotné těleso soustava bodů kontinuum Statistická TD Fenomenologická TD

Stav tělesa Veličiny - charakterizují stav tělesa Extenzivní Intenzivní V, m, U, S … aditivní T, P, ρ, v … nejsou aditivní

Stavy tělesa Intenzivní veličiny Nezávisí na poloze Závisí na poloze Homogenní Nehomogenní Př. - plyn, kapalina, krystal v termostatu - v tělese je gradient teploty, hustoty nebo koncentrace

Rozdělení procesů Proces – posloupnost stavů tělesa seřazených v čase Homogenní proces – posloupnost homogenních stavů Heterogenní proces – posloupnost heterogenních stavů Termodynamika – studium procesů probíhajících v tělesech, které si s okolím vyměňují teplo a působí na ně vnější síly

Působení vnějších sil L … výkon vnějších sil [J/s] K … kinetická energie tělesa [J] W… akumulovaná energie [J/s] Ideální mechanický děj Zkoumáno mechanikou Nehybné těleso-akumulace Zkoumáno termodynamikou

I. věta termodynamická - zákon zachování energie – rychlost růstu U U - vnitřní energie [J] Q – teplý tok do tělesa [J/s]

Interakce tělesa s okolím Izolované těleso – nevyměňuje teplo, práci ani hmotu Uzavřené těleso – vyměňuje teplo a práci, ale ne hmotu Otevřené těleso – vyměňuje teplo, práci a hmotu

Entropie S - míra samovolnosti (irreverzibility) děje Samovolné děje (vedení tepla, difúze, chem. reakce) - probíhají nevratně (irreverzibilně)-vždy v určitém směru Entropie S - míra samovolnosti (irreverzibility) děje M – tok entropie z okolí do tělesa [J/(s.K)] - produkce entropie uvnitř tělesa [J/K]

Entropie Samovolné děje Vratné děje Clausius- rovnovážná entropie tělesa T – termodynamická teplota [K]

II. věta termodynamická Clausius – Planckova rovnice Disipační princip

Klasické TD těleso Homogenní, uzavřené plynné těleso nebo bezviskózní kapalina P - vnější tlak [Pa]

Gibbsova energie

Gibbsova energie Hnací síla samovolného děje Rovnováha

Model směsi Vystižení chemických reakcí Model kontinua - každá složka je kontinuum Vlastnost směsi je důsledkem vlastností složek Charakterizace složením směsi - xi

Chemický potenciál Směs

Fázová rovnováha Gibbsovo fázové pravidlo f - počet stupňů volnosti je počet nezávislých intenzivních proměnných, které je možné měnit aniž by se změnil počet fází r - počet složek Φ- počet fází m- počet omezujících podmínek

Fázová rovnováha - 1 složka

Pevná látka - kapalina Gme=f(xi) Gss=f(xi) i=2; [T, P] me ss Nenasycená Nasycená Přesycená fusGk < 0 fusGk = 0 fusGk > 0

Jednosložkový systém

Clapeyronova rovnice Clausius-Clapeyronova rce:

Pevná látka-kapalina 1 P1 T1

Kapalina-plyn 1 P1 T1

Jednosložkový systém

Jednosložkový systém

Jednosložkový systém

Stabilní Modifikace

Fázový diagram ZrO2

Metastabilní Modifikace

Fázový diagram 2CaO.SiO2

Fázový diagram SiO2

Fázový diagram SiO2

SiO2 za vysokého tlaku

Přeměny SiO2

Strukturní přeměny

Přeměny SiO2

Objemové změny SiO2

Přeměny vyšších řádů I. řádu II. řádu

Přeměny vyšších řádů

Přeměny druhého řádu Koeficient izotermní objemové stlačitelnosti Koeficient objemové roztažnosti

Přeměny vyšších řádů