F ázové rovnováhy

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 objemHustota 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

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

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

23. Příklad - pákové pravidlo

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 Kkkryoskopickou 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 VAje celkový objem rozpouštědla (VA = nAVmA) v daném roztoku a nB – látkové množství rozpuštěné látky B.

39. Nahradíme – li ve zředěném roztoku objem rozpouštědla VAcelkovým 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.ppt#257,1,Skupenské změny v uzavřené nádobě