Chemie anorganických materiálů I.

Prezentace na téma: "Chemie anorganických materiálů I."— Transkript prezentace:

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

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

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

4 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)

5 Rozdělení TD Hmotné těleso soustava bodů kontinuum Statistická TD
Fenomenologická TD

6 Krystaly spinelu

7 Soustava bodů - atomů

8 Rozdělení TD Hmotné těleso soustava bodů kontinuum Statistická TD
Fenomenologická TD

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

10 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

11 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

12 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

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

14 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

15 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]

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

17 II. věta termodynamická
Clausius – Planckova rovnice Disipační princip

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

19 Gibbsova energie

20 Gibbsova energie Hnací síla samovolného děje Rovnováha

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

22 Chemický potenciál Směs

23 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

24 Fázová rovnováha - 1 složka

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

26 Jednosložkový systém

27 Clapeyronova rovnice Clausius-Clapeyronova rce:

28 Pevná látka-kapalina 1 P1 T1

29 Kapalina-plyn 1 P1 T1

30 Jednosložkový systém

31 Jednosložkový systém

32 Jednosložkový systém

33 Stabilní Modifikace

34 Fázový diagram ZrO2

35 Metastabilní Modifikace

36 Fázový diagram 2CaO.SiO2

37 Fázový diagram SiO2

38 Fázový diagram SiO2

39 SiO2 za vysokého tlaku

40 Přeměny SiO2

41 Strukturní přeměny

42 Přeměny SiO2

43 Objemové změny SiO2

44 Přeměny vyšších řádů I. řádu II. řádu

45 Přeměny vyšších řádů

46 Přeměny druhého řádu Koeficient izotermní objemové stlačitelnosti
Koeficient objemové roztažnosti

47 Přeměny vyšších řádů