STAVOVÉ CHOVÁNÍ SYSTÉMU

Prezentace na téma: "STAVOVÉ CHOVÁNÍ SYSTÉMU"— Transkript prezentace:

1 STAVOVÉ CHOVÁNÍ SYSTÉMU
Podle stavu uspořádanosti, v jakém se mohou vyskytovat atomy, molekuly, popř. ionty při vytváření hmotných celků Kapaliny molekuly jsou ve stálém styku, který je udržován jejich přitažlivými silami. Mají ještě určitou volnost pohybu, takže nezaujímají vzájemně stálé polohy, ale při tom se nemění jejich mezimolekulární vzdálenosti. Proto kapaliny snadno mění svůj tvar, ale objemové změny závisející na vnějších podmínkách jsou značně omezené. Plyny molekuly poměrně řídce rozptýleny v prostoru, který rovnoměrně vyplňují. Pohybují se v něm zcela neuspořádaně, při čemž na sebe neustále narážejí. Tento pohyb brání molekulám shlukovat se v těsnější svazky. Odtud vyplývá dokonalá tvarová proměnlivost plynu a velká proměnlivost jeho objemu při změnách tlaku a teploty. Pevné látky atomy, molekuly či ionty rovněž v těsném styku, na rozdíl od kapalin v celém objemu - vnitřní uspořádanost. Vytvářejí pevnou strukturu, ve které jsou jejich vzájemné polohy fixovány a částice mohou kmitat jen ve vymezených polohách. Pevné látky jsou proto odolné jak proti tvarovým tak proti objemovým změnám.

2 Zvyšování teploty současné snižování tlaku
Snižování teploty podporuje uplatnění přitažlivých sil mezi částicemi, které se tak mohou těsně shlukovat, až vytvoří pravidelně uspořádané seskupení. Zvyšování teploty současné snižování tlaku ruší uspořádanost, látka přechází do kapalného a pak plynného stavu Teplota a tlak, při kterých dochází k  fázovému přechodu látky z jednoho skupenství do druhého, závisí na povaze látky samé Fyzikální nebo chemická změna stavu systému = děj děj konstantní veličina  označení izotermický teplota  [T] XT izobarický tlak  [p] Xp izochorický objem  [V] XV adiabatický systém nevyměňuje s okolím teplo [ad] Xad

3 Popis stavového chování systému
vztah mezi teplotou T, tlakem p, látkovým množstvím složek v systému ni a jeho objemem V matematickým vztahem – stavovou rovnicí tabulkou graficky – stavovým diagramem

4 Stavový diagram prostorový diagram
čistá látka (jednosložková soustava) - tři proměnné tlak p, teplota T a molární objem (Vm = V/n) prostorový diagram oblast kapalné fáze oblast plynné fáze oblast pevné fáze dvoufázové oblasti kritický bod kritická teplota teplota trojného bodu

5 Izotermy ideálního plynu
p-Vm diagram [T] Izotermy ideálního plynu kritický tlak kritická izoterma tlak nasycené páry v trojném bodě

6 Izotermy ideálního plynu
p-Vm diagram [T] Izotermy ideálního plynu p Vm = konst. p = (1/Vm)  konst. Koeficient izotermické stlačitelnosti

7 T-Vm diagram [p]

8 Izobary ideálního plynu
T-Vm diagram [p] Izobary ideálního plynu V/T = konst. Izobarický koeficient objemové roztažnosti

9 P-T diagram [V]

10 Izochory ideálního plynu
P-T diagram [V] Izochory ideálního plynu p/T = konst. Koeficient rozpínavosti

11 Stavová rovnice f (T, p, V, n1, n2, ...) = 0 Dalton 1802 Charles 1787
Boyle 1662 Avogadro 1811 Gay-Lussac 1808 Charles conceived the idea that hydrogen would be a suitable lifting agent for balloons having studied the work of Robert Boyle's Boyle's Law which was published 100 years earlier in 1662 Charles' law (also known as the law of volumes), describing how gases tend to expand when heated, was first published by natural philosopher Joseph Louis Gay-Lussac in 1802, but he credited it to unpublished work by Jacques Charles, and named the law in his honour. Around 1787 Charles did an experiment where he filled 5 balloons to the same volume with different gases. He then raised the temperature of the balloons to 80 °C and noticed that they all increased in volume by the same amount. This experiment was referenced by Gay-Lussac in 1802 when he published a paper on the precise relationship between the volume and temperature of a gas. Charles' Law states that under constant pressure, an ideal gas' volume is proportional to its absolute temperature. The volume of a gas at constant pressure increases linearly with the absolute temperature of the gas. The formula he created was V1/T1 = V2/T2.

12 Stavová rovnice ideálního plynu
pV = nRT Emile Clapeyron 1845 pVm = RT univerzální plynová konstanta: Avogadrův zákon: ve stejných objemech plynů různé chemické povahy za stejné teploty a tlaku je stejný počet molekul n = 1 NA 6,022521023 molekul/mol p0 101,325 kPa T0 273,15 K  u všech plynů stejný objem Vm0 = 22,41361 dm3 mol–1

13 Ideální plyn kinetická teorie plynů souhrn představ o povaze elementárních částic plyn se skládá z velikého počtu velmi malých částic, které jsou v neustálém neuspořádaném pohybu, objem molekul je zanedbatelný vedle objemu nádoby, mezi molekulami nepůsobí přitažlivé ani odpudivé síly, vzájemné srážky molekul i srážky molekul se stěnami nádoby jsou dokonale pružné a dochází při nich pouze k předávání hybnosti a kinetické energie.

14 REÁLNÉ PLYNY reálné plyny při konstantní teplotě ideální plyn
Netvař se tak sklesle, představ si, že je to měřič IQ

15 Kompresibilitní faktor
Boyleova teplota TB teplota, při níž v  lze poměrně širokém rozmezí tlaků popsat chování reálného plynu ideální stavovou rovnicí  při T < TB  při nižších tlacích převládají přitažlivé síly mezi molekulami, se stoupajícím tlakem se stále více začínají uplatňovat síly odpudivé.  při T > TB  se již od nejnižších tlaků uplatňují pouze odpudivé síly.  Minimum na izotermě: přitažlivé síly = odpudivé síly Kompresibilitní faktor - vyjádření odchylek od stavové rovnice ideálního plynu ideální plyn z = 1 reálný plyn

16 Stavové rovnice reálných plynů
zavádějí korekce na neideální chování vyjadřují odchylky mocninovými vztahy Van der Waalsova rovnice (1873) korekce na existenci přitažlivých a odpudivých mezimolekulárních sil korekce na vlastní objem molekul

17 Z tlakové láhve o objemu 50 dm3, která při teplotě 290 K obsahuje tolik plynu (M = 72 g/mol), že tlak v láhvi je 3 MPa, bylo při konstantní teplotě odebráno určité množství plynu. Tlak klesl na 2,453 MPa. Vypočítejte, o kolik gramů se zmenší hmotnost tlakové láhve, jestliže láhev obsahuje plyn (a) u kterého je možno předpokládat ideální chování, (b) reálný plyn s kompresibilitními faktory          z1 = 0,78 (při p1 = 3 MPa) a z2 = 0,84 (při p2 = 2,453 Mpa) Data: T = 290 K M = 72 g/mol V1 = 50 dm3 = 50∙10–3 m V2 = V1 = 50 dm3 = 50∙10–3 m3 p1 = 3 MPa = 3∙106 Pa p2 = 2,453 MPa = 2,453∙106 Pa z1 = 0, z2 = 0,84 (a) (b)

18 Kondenzace reálných plynů a kritický bod
kritická izoterma tlak nasycené páry při T1 pára nenasycená pára - má tlak nižší než je tlak nasycené páry nasycená pára - pára která je při dané teplotě v rovnováze s kapalinou přesycená pára - má tlak vyšší „permanentní“ plyny zvyšováním tlaku při nadkritické teplotě nelze zkapalnit

19 Stavová rovnice a kritický stav

20 Teorém korespondujících stavů
Vztah mezi konstantami van der Waalsovy rovnice a souřadnicemi kritického bodu       Teorém korespondujících stavů Různé látky se chovají totožně, nebo alespoň podobně, je-li jejich stav stejně vzdálen od kritického bodu, tj. jsou-li jejich redukované stavové proměnné (poměr stavových veličin ke kritickým veličinám) totožné.

21

22 STAVOVÉ CHOVÁNÍ SMĚSÍ Ideální směs Daltonův zákon Amagatův zákon
p = p1 + p2 + + pk pi V = ni  RT složka i: pi = xi  p p V = n  RT celá směs: Amagatův zákon

23

24 STAVOVÉ CHOVÁNÍ KAPALIN
plynný stav pevný stav přechodový stav hmoty kapaliny modely: ideální plyn ideální krystal dokoná neuspořádanost na molekulární úrovni nejdokonalejší uspořádání elementárních částic kompromis mezi uspořádaností a chaosem

25  objem kapalin není závislý na velikosti nádoby
Mezimolekulární síly - působí jen na velmi krátké vzdálenosti ale mohou udržet kapaliny v určitém objemu. Molekuly určitou mají volnost pohybu  kapaliny jsou pohyblivé.  objem kapalin není závislý na velikosti nádoby  je jasně ohraničen volným povrchem  tvarem se kapaliny přizpůsobují tvaru nádoby  hustota větší než hustota plynů  koeficienty tepelné roztažnosti a stlačitelnosti jsou podstatně menší než u plynů Hustota kapaliny s rostoucí teplotou klesá v celém oboru její existence; výjimka: voda (max. hustota při 3,98C)  tabelace: izobarický koeficient teplotní roztažnosti  empirické rovnice, např.  = o (1 + at + bt2 + ct3 + ) , [p] Mezimolekulární síly zde působí jen na velmi krátké vzdálenosti a proto se v kapalinách, na rozdíl od plynů, uplatní natolik, že jsou s to udržet kapaliny v určitém objemu. V tomto objemu mají však molekuly určitou volnost pohybu, a proto jsou kapaliny pohyblivé. S tlakem hustota nepatrně stoupá (asi o 0,005 % při zvýšení tlaku o 100 kPa) tabelace: koeficient izotermické stlačitelnosti