Fázové rovnováhy.

Prezentace na téma: "Fázové rovnováhy."— Transkript prezentace:

1 Fázové rovnováhy

2 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

3 Fázový diagram vody

4 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

5 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

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

7 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

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

9 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 ,

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

11 Izobarický fázový diagram

12 Izotermický fázový diagram

13 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

14

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

16 Reálné soustavy Azeotropické směsi složky nelze oddělit destilací

17

18 Azeotropické směsi

19 Azeotropické směsi

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

21 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

22

23 Příklad - pákové pravidlo

24

25

26

27

28

29 Systém NaCl - voda

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

31 Tenzimetrie Raoultův zákon

32 Tenzimetrie

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

34 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.

35 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.

36 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

37 Kryoskopie Kk kryoskopickou konstantu je možno určit
z vlastností čistého rozpouštědla

38 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.

39 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)

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

41 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

42 Trojúhelníkové diagramy

43 Trojúhelníkové diagramy

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

45 http://www. gjp. cz/storage/1206882944_sb_fzovdiagramvody
změny v uzavřené nádobě