slide1 n.
Download
Skip this Video
Loading SlideShow in 5 Seconds..
ความดันไอ (Vapour pressure) PowerPoint Presentation
Download Presentation
ความดันไอ (Vapour pressure)

Loading in 2 Seconds...

play fullscreen
1 / 106

ความดันไอ (Vapour pressure) - PowerPoint PPT Presentation


  • 351 Views
  • Uploaded on

ความดันไอ (Vapour pressure). a) liq vapour. b) heat liquid. c) interface between the fluids disappears. จากสมการ. ln P = - D H vap + C. RT. จะเห็นว่า ความดันไอของของเหลว ( ของของแข็ง) เป็นฟังก์ชันของอุณหภูมิ โดยที่ ความดันไอเพิ่มเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น .

loader
I am the owner, or an agent authorized to act on behalf of the owner, of the copyrighted work described.
capcha
Download Presentation

PowerPoint Slideshow about 'ความดันไอ (Vapour pressure)' - illias


An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript
slide2

a) liq vapour

b) heat liquid

c) interface

between

the fluids

disappears.

slide3

จากสมการ

ln P = - DHvap + C

RT

จะเห็นว่า

ความดันไอของของเหลว (ของของแข็ง)

เป็นฟังก์ชันของอุณหภูมิ โดยที่

ความดันไอเพิ่มเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น

slide5

การเปลี่ยนเฟสแบบที่หนึ่งการเปลี่ยนเฟสแบบที่หนึ่ง

(First order Phase transition)

เนื่องจาก

slide6

First derivative ของ G

คือ Sและ V

เปลี่ยนค่าอย่างไม่ต่อเนื่อง

แสดงพฤติกรรมของ G , Sและ V

ที่จุดเปลี่ยนเฟสแบบที่หนึ่ง

slide7

การเปลี่ยนเฟสแบบที่หนึ่งการเปลี่ยนเฟสแบบที่หนึ่ง

slide8

การเปลี่ยนเฟสแบบที่สองการเปลี่ยนเฟสแบบที่สอง

(Second order Phase transition)

ความไม่ต่อเนื่องขณะเปลี่ยนเฟสไม่เกิดขึ้นในค่าของ Sและ V แต่จะเกิดกับค่าของ CP

ซึ่งเป็นเดอริเวทีฟที่สอง

slide9

ในการเปลี่ยนเฟสในลักษณะนี้ ความเป็น

ระเบียบของสารจะไม่เปลี่ยนมาก

และไม่เปลี่ยนทันทีทันใด

สมบัติที่เปลี่ยน คือความสามารถที่ระบบ

จะเก็บความร้อน (คือ ความจุความร้อน)

slide10

S

V

H

CP

m

V

H

CP

S

m

T

a) การเปลี่ยนเฟสแบบที่หนึ่ง

a)

b)

b) การเปลี่ยนเฟสแบบที่สอง

slide11

เนื่องจากรูปกราฟของการเปลี่ยน C

มีลักษณะคล้ายอักษร lของกรีก

จึงนิยมเรียกการเปลี่ยนเฟสแบบที่ 2

ว่า จุดเปลี่ยนแลมดา

slide12

จุดเปลี่ยน

แลมดา

l - point

transition

slide13

สารละลาย (Solutions)

สารละลาย (Solutions) คือ ของผสม

ที่มีโมเลกุลของสารกระจายปนกันอย่าง

สม่ำเสมอ มีเฟสเดียว (single phase)

สารละลายอาจเป็นแก๊ส ของเหลว

หรือของแข็งก็ได้

slide14

2 components

binary

solution

3 components

ternary

solution

slide15

นิยมเรียกสารที่มีปริมาณมากนิยมเรียกสารที่มีปริมาณมาก

ที่สุดว่า ตัวทำละลาย (solvent)

ส่วนสารอื่น ๆ ที่มีน้อยกว่า

เรียกว่า ตัวถูกละลาย (solute)

slide16

สารละลายแก๊ส

(gaseous solution)

components ทุกตัว ต้องเป็นแก๊ส

แก๊สจะสามารถผสมกันเป็น

เนื้อเดียวกันทุกสัดส่วน

slide17

ของเหลว

ของแข็ง

หรือแก๊สก็ได้

ตัวถูกละลาย

สารละลายของเหลว (liquid solution)

ของเหลว

ตัวทำละลาย

slide18

ของเหลวบางชนิดผสมกันได้ทุกสัดส่วนของเหลวบางชนิดผสมกันได้ทุกสัดส่วน

มีหลายชนิดที่ผสมกันไม่ได้เลย

มีหลายชนิด ที่ผสมกันได้ในบางสัดส่วน

slide19

สารละลายของแข็ง

(solid solution)

แก๊ส ละลายในของแข็ง เช่น H2 ในพัลลาเดียม

(Pd)

ของเหลวละลายในของแข็ง เช่น ปรอทในทอง

ของแข็งในของแข็ง เช่น ทองแดงในทอง (นาก)

slide20

สารละลายของแก๊สสมบูรณ์แบบ (ผสม)

แก๊สสมบูรณ์แบบ A และ B ซึ่งมีจำนวนโมล

เท่ากับ nA และ nB ตามลำดับ มาผสมกัน

จะได้ แก๊สสมบูรณ์แบบผสม

nAA+nBB

(แก๊สผสม)

สมบูรณ์แบบ

slide21

nAA+nBB

(แก๊สผสม)

DGผสม = Gแก๊สผสม- (GA+GB) -(3.1)

เมื่อ GA และ GB คือ Gibbs free energy

ของ แก๊สบริสุทธิ์ A, B ตามลำดับ

slide22

จะได้Gแก๊สผสม = nAGA + nBGB

และ

เมื่อ

คือ Partial molar Gibbs free energy

หรือ chemical potential ( ) นั่นเอง

จากสมการ : Z = n11 +n2 2+ ....

slide23

จากสมการ :

Gแก๊สผสม = nA

(3.2)

partial pressure

หรือ ความดันย่อย

ของแก๊ส i

slide24

กฎของราอูลท์ (Raoult’s law)

“ความดันไอย่อยขององค์ประกอบหนึ่ง ๆ

ในของเหลวผสม จะเป็นสัดส่วนโดยตรง

กับเศษส่วนโมลขององค์ประกอบนั้น

ในสารละลาย”

slide25

เขียนเป็นสมการทางคณิตศาสตร์ได้ดังนี้เขียนเป็นสมการทางคณิตศาสตร์ได้ดังนี้

เมื่อ Pi, fi เป็น ความดันย่อยและฟูกาลิตีของไอ

ของสาร i ในสารละลายตามลำดับ

คือ ความดัน และฟูกาลิตีของสาร

บริสุทธิ์ i

(เหมือน 3.28)

หรือเขียนในเทอมของฟูกาลิตีได้เป็น

(3.29)

slide26

benzene

toluene

PB 0

Ptot

P

PB

PT0

PT

xB

0 1

รูปที่ 3.2 กราฟแสดงความสัมพันธ์ของ PB (benzene) และ PT (toluene) กับเศษส่วนโมลของbenzene (XB) โดยที่ Ptot = PB+PT

slide27

ลักษณะของสารละลายสมบูรณ์แบบ คือ

มีแรงกระทำระหว่างโมเลกุลชนิดเดียวกัน

เหมือนกับแรงกระทำระหว่างโมเลกุลต่างชนิดกัน ดังนั้น จึงคาดว่า สารที่จะนำมาผสมกัน

เพื่อเป็นสารละลายสมบูรณ์แบบนั้น จะต้องมี

โครงสร้างทางเคมี และขนาดที่คล้ายคลึงกัน

slide28

CH3

Benzene

Toluene

slide29

กฎของราอูลท์ : Pi = xiP

เมื่อ xi คือ mole fraction ของ gas i

P คือ total pressure

(3.3)

slide30

(3.3)

(3.4)

ถ้าเป็น pure gas : xi = 1

จะได้

slide31

ฉะนั้นจะเขียนสมการ (3.3) ใหม่

โดยแทนค่าเทอม ต่าง ๆ

จาก (3.4) จะได้

(3.5)

slide33

สำหรับแก๊สบริสุทธิ์ A และ B จะได้

และ

(3.7)

slide34

(3.9)

แทนค่าสมการ (3.6) และ (3.7) ลงในสมการ (3.1)

(3.8)

ถ้าระบบประกอบด้วยแก๊สหลายชนิด

slide35

ถ้าแทนค่า xi =

เมื่อ Nข เป็นจำนวนโมลทั้งหมด

NขRT

(3.10)

slide36

นอกจากนี้ เราอาจจะเขียนสมการ

ทางคณิตศาสตร์ เพื่อคำนวณ

ฟังก์ชันเทอร์โมไดนามิกส์อื่น ๆ

ที่เปลี่ยนแปลงได้เนื่องจากการผสม

เช่น DHผสม, DSผสม, DVผสม เป็นต้น

slide37

หารด้วย T :

จากสมการ (3.5) :

slide39

และจากสมการ Gibbs-Helmboltz (1.102) :

แทนใน (3.11) จะได้

(3.12)

slide40

(3.13)

(3.14)

(P,T คงที่)

เมื่อ

slide41

สมบัติ partial molar

(3.16)

ในแก๊สผสม

ทำนองเดียวกัน เมื่อทำดิฟเฟอเรนเชียล

สมการ (3.5) เทียบกันความดันที่อุณหภูมิคงที่และแทนค่าจากความสัมพันธ์ในสมการ

จะได้

(3.15)

แก๊สบริสุทธิ์

slide43

T DSmix

E

n

e

r

g

y

DHmix

0

DGmix

0

1.0

รูปที่ 3.1 การเปลี่ยนแปลง DHmix, DSmix และDGmix เมื่อ

ผสม ideal gas A และB ที่สัดส่วนต่าง ๆ

slide44

Ex. A container is divided into two

compartments. One contains 3.0 mol H2

at 1.0 atm and 25oC, the other contains

1.0 mol N2 at 3.0 atm and 25oC.

Calculate the Gibbs function of mixing

when the partition is removed.

slide45

วิธีทำ

จาก DGผสม =

NขRT[xAln A + xBlnB]

แทนค่า Nข = 3+1 = 4 mol

DGผสม = (4 mol)(8.314 JK-1mol-1)(298 K)

= -5.6 kJ

slide46

หรือ อาจคำนวณโดยพยายามหาค่า

และ

ในระบบ (Partial pressure)

slide47

ถ้าระบบประกอบด้วยแก๊สจริง (ไม่ใช่แก๊สสมบูรณ์แบบ) สมการ (3.5) จะใช้ไม่ได้และต้องแทนค่า ความดัน (Pi) ด้วย fugactity (fi) โดยที่

เมื่อ gi คือ สัมประสิทธิ์ฟูกาลิตีของgas i ในแก๊สผสม

ซึ่งจะมีผลทำให้สมการ (3.10), (3.14), (3.16)

และ (3.18) ใช้ไม่ได้อีกต่อไป

slide48

การละลายของของเหลว

ในกรณีของแก๊สสมบูรณ์แบบนั้น จะถือว่า

แก๊สไม่มีแรงกระทำระหว่างโมเลกุล

แต่สำหรับสารละลายของเหลวสมบูรณ์แบบ

(ideal solution) จะถือว่า

แรงกระทำระหว่างโมเลกุลเท่ากันหมด

slide49

พิจารณา Binary solution

ซึ่งประกอบด้วย A และ B

แรงกระทำระหว่างโมเลกุล

A-A, B-B และ A-B

จะเท่ากัน

slide50

สมบัติที่สำคัญของสารละลาย คือ

ความดันไอ (vapor pressure)

ของสารแต่ละชนิด

ที่สภาวะสมดุล ความดันไอย่อย

จะเป็นตัวแปรที่แสดงแนวโน้ม ของ

สารที่จะหนีออกจากสารละลาย

slide51

เงื่อนไขของสารละลายที่จะอยู่ในสมดุล

กับไอของสารละลาย คือ

(3.19)

เมื่อ

คือ chemical potential ของ สาร i ในสารละลาย

และในไอของสารละลายตามลำดับ

slide52

เมื่อเติมสารชนิดอื่นลงไปจะทำให้ความดันไอเมื่อเติมสารชนิดอื่นลงไปจะทำให้ความดันไอ

เปลี่ยนจาก Pio เป็น P ความดันไอของสารละลาย

ซึ่งมีผลทำให้ค่า chemical potential ของทั้งของ

เหลวและไอเปลี่ยนไปด้วย แต่เงื่อนไขของสมดุล

ยังคงเดิม คือ

(3.21)

สำหรับ ของเหลวบริสุทธิ์ ที่มีความดันไอ =

(3.20)

slide53

จากสมการ

เมื่อ Xi เป็น เศษส่วนโมลของสาร i

และกรณีที่อุณหภูมิคงที่ จะได้

(3.22)

slide54

จากสมการ

และจากสมการ (3.3)

แทนค่าใน (3.22)

จะได้

(3.22)

(3.23)

slide55

(3.23)

อินติเกรตสมการ (3.23) จาก xi = 1 ถึง xi

และ P จาก ถึง P (เริ่มจาก pure solution)

จะได้

(3.24)

slide56

ถ้ากำหนดให้ xi เป็นเศษส่วนโมลของสาร iในสารละลาย (solution)

ถ้ากำหนดให้ yi เป็นเศษส่วนโมลของสาร i ในไอของสารละลาย (vapour)

ดังนั้นจะเขียนสมการ (3.20), (3.21)

และ (3.24) ใหม่ได้ดังนี้

slide57

(3.25)

ถ้าไอของสารละลายมีพฤติกรรม

แบบแก๊สสมบูรณ์แบบ:

slide58

และถือว่าปริมาตรของของเหลวเปลี่ยนแปลงได้และถือว่าปริมาตรของของเหลวเปลี่ยนแปลงได้

น้อยมากหรือไม่เปลี่ยนเลยเมื่อความดันเปลี่ยน

slide60

หรือเขียนอยู่ในรูปของ exponential ได้ดังนี้

(3.27)

กำลังของ exponential คือ

มีค่าน้อยมาก (ใกล้ศูนย์) และ e0 = 1 ดังนั้นจะได้

…..Raoult’s law

(3.28)

เมื่อ Pi คือ ความดันย่อยของสาร i ในไอของสารละลาย

slide61

เนื่องจากเศษส่วนโมลของสารหนึ่ง ๆ ในไอ

จะเท่ากับอัตราส่วนระหว่างความดันย่อย

ของสารนั้นกับความดันไอรวม นั่นคือ

(3.30)

slide62

ดังนั้น สมการ (3.30) อาจเขียนได้ใหม่โดยแทนค่า

ความดันย่อยด้วยสมการ (3.28)

(3.31)

slide63

เทอร์โมไดนามิกส์ของสารละลายสมบูรณ์แบบเทอร์โมไดนามิกส์ของสารละลายสมบูรณ์แบบ

volume v

nA moles

of A

pressure P

nB moles

of B

pressure P

MIXING

slide65

เปลี่ยนเทอม nA เป็น xAโดย xA= nA/( nA + nB)

Nข = จำนวนโมลรวม = nA+nB

NขRT

slide66

จาก (2.34)

และจาก

ไม่เป็นฟังก์ชัน กับ T

จะเห็นว่าเทอม

slide68

จากสมการ

จะได้

-NขR

เมื่อ Nข= 1

กรณี A+B ได้

slide69

กราฟที่ plot ระหว่างพลังงาน

(

กับ Xi

ได้รูปเดียวกับ กรณีของ ideal gas solution

slide70

T DSmix

E

n

e

r

g

y

DHmix

0

DGmix

0

1.0

รูปที่ 3.1 การเปลี่ยนแปลง DHmix, DSmix และDGmix เมื่อ

ผสม ideal gas A และB ที่สัดส่วนต่าง ๆ

slide71

max

max

min

ทำไม DG จึงมีค่าติดลบเสมอ

DGฎ

0

0 0.5 1

xiฎ

DGmix=N’RT(x1 lnx1+(1- x1 )ln(1-x1))

slide72

DGmix = maximum เมื่อ x1 หรือx2 = 1

ถ้า x1 = 1, x2 = 0;

DGmix=N’RT(1ln1 + (0) ln(0))

DGmix=N’RT(0.5ln(0.5)+(0.5)ln(0.5))

DGmix = minimum เมื่อ x1 =x2 = 0.5

DGmix=N’RT(x1 lnx1+(1- x1 )ln(1-x1))

slide73

ทำไม

TDS

จึงมีค่า

เป็นบวก

เสมอ

TDS

energy ฎ

0

DG

0 0.5 1

xiฎ

slide74

DSmix = - N’RSxi ln(xi)

TDSmix = - N’RTSxi ln(xi)

DGmix = N’RTSxi ln(xi)

slide75

Ideal solution :

ทำไม

DH

จึงมีค่า

เป็นศูนย์

เสมอ

TDS

DH

energy ฎ

0

DG

0 0.5 1

xiฎ

slide76

TDSmix = - N’RTSxi ln(xi)

DGmix = N’RTSxi ln(xi)

DHmix = 0

DGmix = DHmix- TDSmix

DHmix = DGmix+ TDSmix

slide77

A

B

vapor

vapor

slide78

P = PA

PA+PB

P = PB

vapor

vapor

vapor

liquid

slide79

Ex ที่อุณหภูมิ 65oC สารละลายผสมระหว่าง

Methanol และ Ethanol มีพฤติกรรมเป็นไป

ตามกฎของราอูลท์ โดยมีความดันไอของ

Pure Methanol และ Pure Ethanol เท่ากับ 760

และ 410 mmHg ตามลำดับ จงคำนวณองค์

ประกอบของไอของ Methanol ซึ่งอยู่ในสภาวะ

สมดุลกับ Methanol เหลว ซึ่งมีเศษส่วนโมล

เท่ากับ 0.50

slide80

วิธีทำ

จะเห็นว่า ในไอของสารละลาย มีองค์ประกอบของ

Methanol มากกว่า Ethanol หรือกล่าวได้ว่า

Methanol ระเหยได้ดีกว่า Ethanol นั่นเอง

slide81

ในทำนองเดียวกับ การผสมแก๊ส จะพบว่า สำหรับ

สารละลายของเหลวสมบูรณ์แบบนั้น

NขRT

(3.32)

-NขR

slide82

นั่นแสดงว่า ในการผสมเพื่อเป็นสารละลาย

สมบูรณ์แบบ ไม่มีการถ่ายเทความร้อนเลย

และปริมาตรของสารละลายจะเท่ากับ

ผลบวกของปริมาตรของสารแต่ละชนิด

ที่นำมาผสมกัน แสดงว่าปริมาตรพาร์เชียลโมลาร์

ของสารแต่ละชนิดในสารละลาย ก็คือ

ปริมาตรโมลาร์ของสารนั้น เมื่อเป็นสารบริสุทธิ์

นั่นเอง

slide83

นั่นคือ

หรือ

Nข = 1 (ในกรณีสารละลาย 1 mol)

slide84

สารละลายไม่สมบูรณ์แบบสารละลายไม่สมบูรณ์แบบ

(Non-ideal solution)

ของเหลวแต่ละคู่ที่ผสมกันและมีพฤติกรรมตาม

กฎของราอูลท์ นั้นมีไม่มากนัก ส่วนใหญ่ที่พบ

มักจะมีพฤติกรรมแตกต่างไปจากที่ทำนายโดย

กฎของราอูลท์ คือ จะพบว่า ความดันไอของสาร

ไม่แปรตรงกับเศษส่วนโมลของสารชนิดนั้นใน

สารละลาย

slide85

ถ้าความดันไอของสารสูงกว่าที่ได้จากกฎถ้าความดันไอของสารสูงกว่าที่ได้จากกฎ

ของราอูลท์ จะเรียกว่าการเบี่ยงเบนแบบบวก

(positive deviation)

ถ้าความดันไอต่ำกว่า เรียกว่า

การเบี่ยงเบนแบบลบ (Negative deviation)

slide86

vapor

Pressure

Liquid

(solution)

A-A

ความดันไอ

(vapor

pressure)

A-B

slide87

O

O

CH3-C-CH3

CH3-C-CH3

Carbon disultfide

- Acetone

Positive deviation

P

CS2

DHmix > 0

1

0

xCS2ฎ

slide88

Chloroform

- Acetone

O

CH3-C-CH3

Negative deviation

CHCl3

P

DHmix < 0

1

0

xCHCl3ฎ

slide89

Liq A

DG < 0

A-B

solution

Liq B

ละลาย

เป็นเนื้อเดียวกัน

slide90

ข้อสังเกต :

1. DH > 0

2. TDS < TDS

(ideal)

3. DG < 0 หรือ

DG > 0 ขึ้นอยู่

กับอุณหภูมิ

+

0

-

TDS

DH

energy ฎ

DG

0 1

slide91

Liq A

DG < 0

A-B

solution

Liq B

ละลาย

เป็นเนื้อเดียวกัน

slide92

Liq A

DG > 0

A-B

solution

Liq B

ไม่สามารถละลาย

เป็นเนื้อเดียวกัน

slide93

DGmix = DHmix- TDSmix

เมื่อ DHmix > 0 ,TDSmixก็เป็นบวก

DGmix จะเป็นลบ

ก็ต่อเมื่อ T มีค่าสูงมาก

จนกระทั่ง TDSmix > DHmix

slide94

A-B

solution

A-B

solution

T

ไม่สามารถละลาย

เป็นเนื้อเดียวกัน

ละลาย

เป็นเนื้อเดียวกัน

slide95

Phenol -

water

T

one phase

UCST

DG = 0

UCST =

upper

critical

solution

temp.

two phase

room

temp

x

0 1

CSC

x ฎ

slide96

T

T

one phase

two phase

CST

two phase

one phase

0 1

CSC

CSC

x ฎ

x ฎ

?

LCST

0 1

hexane-nitrobenzene

water-triethyl amine

slide97

Water -

Nicotine

T

two

phase

one phase

0 1

x ฎ

slide98

สารละลายจริง

จะมีพฤติกรรมเป็น

สารละลายสมบูรณ์แบบ

เมื่อใด

slide99

Infinite Dilution :

lim P1 = x1P1*

x1 ฎ 1

P1 คือ ความดันไอของตัวทำละลาย

ในสารละลาย

P1* คือ ความดันไอของตัวทำละลาย

บริสุทธิ์

slide100

lim P1 = x1P1*

x2 ฎ 0

อธิบายพฤติกรรมของตัวทำละลาย

Infinite Dilution :

lim P1 = x1P1*

x1 ฎ 1

เป็นไปตามกฏของราอูลล์

slide101

lim P2 = kx2

x2 ฎ 0

lim P= k’m

mฎ 0

ถ้าตัวถูกละลายเป็นสารที่ระเหยได้

(volatile solute)

...Henry’s Law...

k คือ ค่าคงที่

ของเฮนรี

มีหน่วยเป็น atm

slide102

lim P= k’m

mฎ 0

k’ คือ ค่าคงที่

ของเฮนรี

m คือ molality

????

มีหน่วยเป็น atm kg mol-1

slide103

อธิบายพฤติกรรมของตัวถูกละลายอธิบายพฤติกรรมของตัวถูกละลาย

Infinite Dilution :

...Henry’s Law...

slide105

เมื่อ CS2 เป็น solute

เมื่อ CS2 เป็น solvent

Henry’s law

PCS2 = xCS2P*CS2

PCS2 = k xCS2

P

Raoult’s law

1

0

xCS2ฎ

Positive deviation

slide106

ข้อมูลนี้

หาได้จาก

หนังสือ

อ้างอิง

kCS2 ใน acetone

P*CS2

P

1

0

xCS2ฎ

Positive deviation