Fzov rovnovhy v jednozlokovch sstavch Clapeyronova rovnica ClausiusClapeyronova

Fázové rovnováhy v jednozložkových sústavách Clapeyronova rovnica Clausius-Clapeyronova rovnica Fázové diagramy Katedra chémie, Technická univerzita v Košiciach 1

Fázová rovnováha: Definícia fázy Definícia: Fáza: Časť sústavy, ktorá je od ostatných častí fyzicky oddelená hranicou. Hranicou je fázové rozhranie. voda para ľad voda Jednofázov á sústava vody Dvojfázová sústava vody Katedra chémie, Technická univerzita v Košiciach voda Trojfázová sústava vody 2

Fázová rovnováha: Homogénna a heterogénna sústava Homogénna: obsahuje len jednu fázu. Heterogénna: obsahuje viac fáz. para ľad voda Jednofázová sústava vody Dvojfázová sústava vody Katedra chémie, Technická univerzita v Košiciach voda Trojfázová sústava vody 3

Dvojfázová rovnováha: • Vyparovanie: A(l) A(g) • Kondenzácia: A(g) A(l) • Topenie: A(s) A(l) • Tuhnutie: A(l) A(s) • Rekryštalizácia: A(s 1) A(s 2) Katedra chémie, Technická univerzita v Košiciach 4

Clapeyronova rovnica • Popisuje dvojfázové rovnováhy: s-s, s-l ΔH je entalpia fázovej premeny (J/K. mol) T je teplota fázovej premeny (K) Δ V je zmena mólového objemu pri fázovej premene (m³) Katedra chémie, Technická univerzita v Košiciach 5

Rovnováha solidus-likvidus • Je množinou bodov topenia • S rastúcim tlakom bod topenia. Rastie, ak je ΔV>0 Klesá, ak je ΔV<0 Katedra chémie, Technická univerzita v Košiciach 6

Rovnováha solidus-likvidus Fázový diagram vody Vlastnosti: Záporný sklon krivky topenia. Zvýšený tlak pri konštantnej teplote spôsobí topenie. Ľad Voda Para P(Pa) Teplota Pri topení ľadu sa zmenšuje Katedra chémie, Technická jeho objem univerzita v Košiciach 7

Fázová rovnováha: Tlak pár a fázový diagram Vyparovanie: A(l) A(g) Kondenzácia. A(g) A(l) Fázová rovnováha: dve fázy koexistujú v dynamickej rovnováhe GG Kvapalina Para Katedra chémie, Technická univerzita v Košiciach 8 Teplota

Dvojfázové rovnováhy s prítomnosťou pary: sublimácia a vyparovanie • Sublimácia : (s) → (g) • Tuhý oxid uhličitý známy ako „suchý ľad“ nejestvuje pri normálnom tlaku v kvapalnom stave. Suchý ľad sa netopí, ale sublimuje. Katedra chémie, Technická univerzita v Košiciach Suchý ľad 9

Body sublimácie niektorých látok Látka Bod sublimácie (ºC) Acetylén - 84 Oxid uhličitý - 78. 5 Grafit 3825 Fosfor (červený) 416 Katedra chémie, Technická univerzita v Košiciach 10

Vyparovanie: (l) → (g) • K vyparovaniu dochádza vtedy keď je počet molekúl, ktoré opúšťajú kvapalinu väčší ako počet molekúl, ktorý vstupujú do kvapaliny. • Ku kondenzácii dochádza vtedy ak viac molekúl vstupuje do kvapaliny ako kvapalinu opúšťa. • Hnacou silou toho je koncentrácia molekúl látky v atmosfére. Katedra chémie, Technická univerzita v Košiciach 11

Vyparovanie: (l) → (g) • Ak je koncentrácia vysoká, prevláda kondenzácia • Ak ani jeden proces neprevláda je to preto, že v v plynnej fáze je správna koncentrácia molekúl – nie je to ani viac a ani menej ako treba. • Plynná fáza je vtedy NASÝTENÁ • Tlak pary nad kvapalinou sa nazýva TLAK NASÝTENEJ PARY • Tlak nasýtenej pary sa zvyšuje s rastúcou teplotou Katedra chémie, Technická univerzita v Košiciach 12

Tlak nasýtenej pary Je tlak pary, ktorá je v rovnováhe s kvapalnou fázou pri konštantnej teplote Pnas Katedra chémie, Technická univerzita v Košiciach 13

Vyparovanie • Vyparovanie kvapaliny v uzavretej nádobe prebieha dovtedy kým je počet molekúl, ktoré sa za jednotku času vyparia z povrchurovnaký ako počet molekúl, ktoré skondenzujú. • Vtedy je para NASÝTENÁ a jej tlak sa nazýva tlak nasýtenej pary. • Pri vyššej teplote uniká z povrchu kvapaliny viac molekúl a preto je tlak nasýtenej pary vyšší. • Ak je kvapalina v otvorenej nádoby je tlak pary parciálnym tlakom v zmesi plynov vo vzduchu. • Teplota, pri ktorej je tlak pary rovný atmosférickému tlaku sa nazýva bod varu. Katedra chémie, Technická univerzita v Košiciach 14

Vyparovanie a var Vyparovanie Var Bubliny vznikajú, pretože tlak pary je väčší ako atmosférický tlak Bubliny nevznikajú, lebo tlak je nižší ako atmosferický tlak Katedra chémie, Technická univerzita v Košiciach 15

Dvojfázové rovnováhy s prítomnosťou pary • Clausiusova-Clapeyronova rovnica P 2 je tlak pary pri teplote T 2 P 1 je tlak pary pri teplote T 1 ΔH je mólová entalpia vyparovania/sublimácie R je plynová konštanta Katedra chémie, Technická univerzita v Košiciach 16

Clausius Katedra chémie, Technická univerzita v Košiciach 17

Denis Papin (1647 -1712) Katedra chémie, Technická univerzita v Košiciach 18

Katedra chémie, Technická univerzita v Košiciach 19

Tlakový hrniec Tlak pary vždy rastie ak sa zvyšuje teplota! Pri zvýšenom tlaku sa zvyšuje bod varu! Katedra chémie, Technická univerzita v Košiciach 20

Tlakový hrniec • Tlakový hrniec skracuje dobu varenia tak, že voda zostáva v kvapalnom stave pri oveľa vyššej teplote ako v obyčajnom hrnci. • Pri zvýšenom tlaku sa zvyšuje bod varu vody. Katedra chémie, Technická univerzita v Košiciach 21

Bod varu pri zníženom tlaku okolia • Pokles vonkajšieho tlaku spôsobuje zníženie bodu varu Katedra chémie, Technická univerzita v Košiciach 22

Všeobecný rovnovážny diagram jednej zložky Topenie s-l Kvapalná Vyparovanie l-g Sublimácia s-g Tuhá P Trojný bod T Para Kritický bod C Teplota Vysoké P a nízke T : Tuhá Katedra chémie, Technická Vysoká T a nízke P : plyn/para univerzita v Košiciach 23

Rovnováhy vo fázovom diagrame • • Topenie: s-l Vyparovanie l-v Sublimácia s-v Trojný bod T univariantná rovnováha: v=1 -2+2= 1 nonvariantná rovnováha: v=1 -3+2= 0 Katedra chémie, Technická univerzita v Košiciach 24

Fázová rovnováha: Fázový diagram CO 2 Vlastnosti: Trojný bod je pri tlaku vyššom ako 101325 Pa. Zvýšenie T pri atmosferickomtla ku vedie k sublimácii, t. j. Suchý ľad sa netopí. s P l g 10325 Pa Teplota Katedra chémie, Technická univerzita v Košiciach 25

Koniec Katedra chémie, Technická univerzita v Košiciach 26