Fázové heterogenní rovnováhy Fáze = homogenní část soustavy, oddělná fyzickým rozhraním, na rozhraní se vlastnosti mění skokem Rovnováha • Tepelná - T všude stejná • Mechanická - p všude stejný • Chemická - látkové množství jednotlivých složek se nemění, dG = 0, chemický potenciál všech složek ve všech fázích je stejný Podmínka koexistence fází: mají stejnou G, přechod mezi fázemi AG = 0 Změna G se změnou složení ni Pro popis soustav, u kterých se mění složení Rozdíl v chemickém potenciálu vede k chemické reakci, difúzi,.... Chemický potenciál každé složky ve všech koexistujících fázích je stejný. Fáze (P) = homogenní část soustavy (vlastnosti, struktura), rozhraní, skoková změna vlastností, skupenství (s, 1, g), modifikace (led I - XII, He I a II) P = 1: směs plynů, roztok P = 2: kapalina + nasyc. g, nasycený roztok + pevná látka P = 3: kapalina + nasyc. g + pevná látka Složka (C) = čistá látka Počet složek = minimální počet čistých látek, CaC03, C02, CaO Stupeň volnosti (V) = parametry soustavy p, T, c Počet stupňů volnosti = lze měnit aniž by se změnil počet fází Gibbsův fázový zákon • Každá fáze potřebuje C-l údajů o složení (molární zlomky Xj) plus T a p k popsání stavu, celkově P(C-l) + 2 stavových proměnných • Pro každou složku platí P-l rovnovážných podmínek ju(o) = //(P) rovnost chemických potenciálů složky v P fázích celkem C(P-l) podmínek • Počet stupňů volnosti je počet proměnných mínus počet podmínek V = P(C-1) + 2 - C(P-1) • V = C-P + 2 ibbsův fáz P+V=C+2 Fáze (P) Stupně volnosti (V) Složky (C) Pro C P= 1 P = 2 P = 3 V = 2 plocha V = 1 křivka V = 0 trojný bod J. Willard Gibbs (1839-1903) ázový d i Fázový diagram = grafická informace o stavu soustavy Proměnné - tlak, teplota, C - 1 údajů o složení (pro více než 1 složku v soustavě musí být fázový diagram více než 3-rozměrný) v Rezy fázovým diagramem - některé proměnné držíme konstantní: p = konst. izobarický diagram T = konst. izotermický diagram c = konst. izokoncentrační diagram Fázový (p-T) diagram Křivka tání Tlak P+V=C+2 liquid Krit Křivka varu = 2 plocha = 1 křivka Křivka sublimační T Teplota V = 0 trojný bod :ový diagram pro jednosložkovou soustavu Křivka sublimační SOOOh eoooh 4000 U 2000 k o.ooa Fázový diagram H20 ica y Ice III Ice H Ice I ih Critical point - Vapour 500 600 273.15 273.16 (Ti) (T3> -!—r i 7 647.30 Clausius-C Clapeyronova rovnice pro fázovou přeměnu Pro 1-g rovnováhu - křivka varu: 1) Vm(g) » Vm(l), pakAVm = Vm(g) 2) Vm(g) ze stavové rovnice id. plynu Diferenciální Clausius-Clapeyronova rovnice Integrovaná Clausius-Clapeyronova rovnice Změna tenze par vody s teplotou H20(1) S H20(g) AH°výp = 40.66 kJ mol"1 Kp = P H20 van't Hoff ova rovnice Pvar = 1 atm Clausius-Clapeyronova rovnice Phase p W20(g) In / \ El -AH 1 i ] R T 2 Temperature, T Změna tenze par vody s teplotou Tlak nasycené vodní páry při 50 °C = 323 K Fázo1 Fázový diagram CO Suchý led 3Í 1 ÍTl Tanperature, °C c/ Phase Diagram for carbon dioxide. He nelze převést do pevného stavu za normálního atmosférického tlaku =ázový diagram H Solid (hcp) (bcc) — He nemá trojný bod koexistence g-l-s fází 0.01 2.17 4.22 5.2 Temperature. 7?K Fázový diagram pro dvousložkovou soustavu C = 2, p + V = 4 __BI^H Izobarický: p = konst. Minimálně j edna fáze ^^I^^I^^B^I^^^SbI p i ^B^^^BHHHHI Vmax = 3 (T, p, x) Třírozměrný diagram V = 2 Izotermický T = konst. p jako funkce x Izobarický p = konst. T jako funkce x měs dvou kapalin Ideální směs (chování) dvou kapalin: vdW interakce A-A, B-B a A-B jsou přibližně stejné hexan-heptan Chemicky podobné látky AHrozp ~ 0 AVrozp=0 Neideální chování kapalin: vdW interakce A-A, B-B j sou různé (větší nebo menší) než A-B AHrozp * 0 ÄVrozp * 0 Rovnováha / ve směsi dvou kapalin Obě fáze jsou směsí A a B . xA, xB molární zlomky v 1. > y A' y b molární zlomky v g.* P a> P b parciální tlaky vg/ • o ^ o o i • 'o • • o< • o Tlak par v závislosti na složení kapalné fáze Těkavější složka = vyšší tenze par Izotermický: T = konst. P 0 >ult = X LOult P 0 rB aceton toluen 0.2 0.4 0.6 0.8 0.2 0.4 0.6 0.8 XA XB směs dvou kapalin: aceton a toluen diagram pro dvousložkovo soustavu Tlak par v závislosti na složení kapalné fáze Tlak par v závislosti na složení plynné fáze Těkavější složka = vyšší tenze par = nižší teplota wu 23 Destilace za konst. p zvyšováním T Přehřátá pára Složení plynné fáze Teplota varu v závislosti na složení kapalné fáze