fazy

Czym są przemiany fazowe?

Procesami, podczas których nie zmienia się skład chemiczny układu, lecz zmienia się jego stan skupienia. Dotyczą układów jednoskładnikowych i wieloskładnikowych.

Do czego dąży układ przy stałym ciśnieniu i temperaturze?

Do zmniejszenia swojego potencjału termodynamicznego.

Jaki stan jest termodynamicznie trwały?

Stan, w którym przy danych wartościach ciśnienia, temperatury i składu potencjał termodynamiczny ma najmniejszą wartość.

Jakie stany może przyjmować substancja czysta?

Gazowy, ciekły i stały. Mogą występować też postacie szkliste, ciekłokrystaliczne i amorficzne, a faza stała może wykazywać polimorfizm.

Jakie są podstawowe przemiany fazowe?

Topnienie: stałe → ciecz; krzepnięcie/krystalizacja: ciecz → stałe; parowanie: ciecz → gaz; skraplanie: gaz → ciecz; sublimacja: stałe → gaz; resublimacja: gaz → stałe.

Czym jest faza?

Postać materii charakteryzująca się jednorodnym składem chemicznym i stanem fizycznym.

Czym jest przemiana fazowa?

Samorzutna przemiana jednej fazy w drugą, zachodząca przy danym ciśnieniu w charakterystycznej temperaturze.

Czym jest temperatura przejścia fazowego?

Temperatura, w której potencjały chemiczne obu faz są równe, a fazy współistnieją w równowadze przy danym ciśnieniu.

Czym są fazy metastabilne?

"Fazy nietrwałe termodynamicznie, istniejące dlatego, że przejście do fazy trwalszej jest zahamowane kinetycznie. Wyjaśnienie: Nie mają najniższego potencjału, ale przemiana wymaga pokonania bariery energetycznej."

Czym jest diagram fazowy?

Wykres obszarów ciśnienia i temperatury, w których różne fazy substancji są termodynamicznie trwałe.

Czym są linie równowagi faz?

Granice między obszarami trwałości faz; podają wartości p i T, przy których dwie fazy współistnieją w równowadze.

Czym jest prężność pary?

Ciśnienie wywierane przez gaz pozostający w równowadze z fazą skondensowaną: cieczą lub ciałem stałym.

Czym jest punkt potrójny?

Jedyny zestaw temperatury i ciśnienia, przy którym trzy fazy współistnieją w równowadze; spotykają się tam trzy linie równowagi.

Czym jest wrzenie?

Swobodne parowanie zachodzące w całej objętości cieczy.

Czym jest temperatura wrzenia przy danym ciśnieniu?

Temperatura, w której prężność pary cieczy jest równa ciśnieniu zewnętrznemu.

Czym jest normalna temperatura wrzenia?

Temperatura wrzenia przy ciśnieniu 1 atm.

Czym jest standardowa temperatura wrzenia?

Temperatura wrzenia przy ciśnieniu 1 bar.

Czym jest temperatura krytyczna Tkr?

Temperatura, w której zanika powierzchnia graniczna między cieczą i gazem.

Czym jest ciśnienie krytyczne pkr?

Prężność pary w temperaturze krytycznej.

Czym jest płyn nadkrytyczny?

Jednorodna faza występująca w temperaturze krytycznej i powyżej niej, gdy nie można rozróżnić cieczy od gazu.

Czym jest temperatura topnienia?

Temperatura, w której pod danym ciśnieniem ciecz i ciało stałe współistnieją w równowadze.

Czym jest normalna temperatura topnienia?

Temperatura topnienia przy ciśnieniu 1 atm.

Czym jest standardowa temperatura topnienia?

Temperatura topnienia przy ciśnieniu 1 bar.

Jaki jest związek temperatury topnienia i krzepnięcia?

Dla danej substancji i danego ciśnienia są takie same.

Czym jest liczba składników?

Najmniejsza liczba niezależnych substancji niezbędnych do opisania składu wszystkich faz układu w równowadze.

Dlaczego układ lód-woda-para ma jeden składnik?

Ponieważ skład wszystkich faz opisuje jedna substancja chemiczna: H₂O.

Czym jest liczba stopni swobody?

Liczba intensywnych parametrów, które można zmieniać niezależnie bez zaniku istniejącej fazy ani utworzenia nowej.

Jakie parametry mogą być stopniami swobody?

Temperatura, ciśnienie, stężenie, gęstość, lepkość i inne parametry niezależne od masy układu.

Jak brzmi reguła faz Gibbsa?

"Łączy liczbę stopni swobody S, składników N i faz F.v

Kiedy układ wieloskładnikowy jest w równowadze?

Gdy potencjał chemiczny każdego składnika jest taki sam we wszystkich fazach.

Ile stopni swobody ma jednoskładnikowy układ jednofazowy?

"Dwa: można niezależnie zmieniać temperaturę i ciśnienie. S = 1 - 1 + 2 = 2"

Ile stopni swobody ma jednoskładnikowy układ dwufazowy?

"Jeden: po ustaleniu temperatury ciśnienie jest już określone albo odwrotnie. S = 1 - 2 + 2 = 1"

Ile stopni swobody ma punkt potrójny?

"Zero; jest to układ inwariantny. S = 1 - 2 + 2 = 1"

Czy cztery fazy mogą współistnieć w układzie jednoskładnikowym?

Nie, ponieważ reguła faz dawałaby ujemną liczbę stopni swobody.

Jak wzrost liczby składników wpływa na stopnie swobody?

Przy niezmienionej liczbie faz zwiększa liczbę stopni swobody.

Jakie cechy ma przemiana pierwszego rodzaju?

Pierwsze pochodne potencjału chemicznego względem T i p są nieciągłe; występuje skończona zmiana entalpii przy nieskończenie małej zmianie temperatury; pojemność cieplna w temperaturze przemiany jest nieskończona; dostarczone ciepło służy zmianie fazy.

Co zmienia się skokowo w przemianie pierwszego rodzaju?

Objętość molowa, entalpia i entropia. Potencjał chemiczny jest ciągły, ale zmienia się jego nachylenie.

Jakie cechy ma przemiana drugiego rodzaju?

Pierwsza pochodna potencjału chemicznego jest ciągła, druga nieciągła; objętość i entropia nie zmieniają się skokowo; pojemność cieplna jest nieciągła, ale nie nieskończona.

Czym jest przejście lambda?

Przemiana niebędąca przemianą pierwszego rodzaju, w której pojemność cieplna staje się nieskończona w temperaturze przemiany.

Co dzieje się z temperaturą topnienia, gdy Vₘ ciała stałego < Vₘ cieczy?

"Wzrost ciśnienia podwyższa temperaturę topnienia/krzepnięcia. Wyjaśnienie: Potencjał chemiczny cieczy rośnie z ciśnieniem szybciej."

Co dzieje się z temperaturą topnienia, gdy Vₘ ciała stałego > Vₘ cieczy?

"Wzrost ciśnienia obniża temperaturę topnienia/krzepnięcia. Wyjaśnienie: Tak zachowuje się woda, ponieważ lód ma większą objętość molową niż ciecz."

Czym jest cząstkowe ciśnienie pary?

Ciśnienie cząstkowe pary danej substancji w równowadze z jej fazą skondensowaną.

Czym jest solwatacja gazu?

Przyłączenie cząsteczek cieczy do cząsteczek fazy gazowej.

Jak można wywierać ciśnienie na fazę skondensowaną?

Przez jej bezpośrednie ściskanie albo przez działanie sprężonego gazu obojętnego.

Jaki jest warunek równowagi izotermiczno-izobarycznej dwóch faz?

Równość molowych potencjałów termodynamicznych składnika w obu fazach.

Dlaczego ciepło parowania jest większe niż ciepło topnienia?

Podczas parowania cząsteczki trzeba całkowicie rozdzielić, a podczas topnienia oddziaływania międzycząsteczkowe są głównie rozluźniane.

Jakie dane dla wody podaje wykład?

T wrzenia 373,2 K; molowe ciepło parowania 40,7 kJ/mol; T topnienia 273,2 K; molowe ciepło topnienia 6,0 kJ/mol.

Czego dotyczy równanie Clapeyrona-Clausiusa?

Dowolnej przemiany fazowej w układzie jednoskładnikowym: ciecz-para, stałe-ciecz lub stałe-para.

Co można obliczyć z tego równania?

Molowe ciepło przemiany, temperaturę przemiany lub zmianę ciśnienia.

Jak brzmi ścisłe równanie Clapeyrona?

"Nachylenie linii równowagi jest ilorazem zmiany molowej entropii i zmiany objętości molowej.

Jak zapisać równanie przez entalpię przemiany?

"Korzystając z ΔS = ΔH/T. dp/dT = ΔHₚ.f. / (T·ΔVₚ.f.)"

Co oznacza ΔSₚ.f.?

Zmianę molowej entropii podczas przemiany fazowej.

Co oznacza ΔVₚ.f.?

Zmianę objętości molowej podczas przemiany fazowej.

Jaki jest sens równania Clapeyrona?

Opisuje nachylenie linii równowagi na diagramie p-T i obowiązuje dla każdej równowagi fazowej substancji czystej.

Od jakiej różniczki wyprowadza się równanie Clapeyrona?

"Od zależności potencjału chemicznego. dμ = -SₘdT + Vₘdp"

Dlaczego linia topnienia wody ma ujemne nachylenie?

Ponieważ objętość molowa lodu jest większa niż cieczy, więc ΔV topnienia jest ujemne.

Jakie przemiany występują w układzie jednoskładnikowym?

Stałe-ciecz: topnienie/krystalizacja; ciecz-para: wrzenie/skraplanie; stałe-gaz: sublimacja/resublimacja; stałe-stałe: przemiany polimorficzne.

Jak przebiega typowa linia stałe-ciecz?

Biegnie stromo w górę; dla większości substancji wzrost ciśnienia podwyższa temperaturę topnienia.

Jak przebiega linia ciecz-gaz?

Jest krzywą prężności pary i kończy się w punkcie krytycznym.

Co pokazuje krzywa chłodzenia przy stałym ciśnieniu?

Kolejno obszar gazu, współistnienie gazu z cieczą, ciecz, krzepnięcie i chłodzenie ciała stałego.

Co dzieje się z temperaturą podczas przemiany pierwszego rodzaju?

Pojawia się przystanek lub załamanie, ponieważ wydziela się lub jest pobierane ciepło przemiany.

Czym jest analiza termiczna?

Metoda wykorzystująca zmianę entalpii podczas przejścia fazowego pierwszego rodzaju.

Do czego służy imadło diamentowe?

Do badania próbek pod bardzo wysokim ciśnieniem; próbkę umieszcza się między diamentami, a ciśnienie można mierzyć spektroskopowo z użyciem rubinu.

Jakie ciśnienie można uzyskać według wykładu?

Do około 2 Mbar.

Czym jest roztwór doskonały?

Roztwór, którego składniki podczas mieszania tylko się rozcieńczają i nie zmieniają swoich właściwości.

Jakie są cechy tworzenia roztworu doskonałego?

Brak efektu cieplnego mieszania i addytywność objętości: objętość roztworu jest sumą objętości składników.

Jakie substancje tworzą roztwory doskonałe?

Substancje o podobnych właściwościach, np. benzen i toluen.

Jak opisuje się potencjał chemiczny składnika roztworu doskonałego?

"Spełnia tę zależność w całym zakresie stężeń.μᵢ(T,p) = μᵢ°(T,p) + RT ln xᵢ; 0 < xᵢ < 1"

Czym jest roztwór idealnie rozcieńczony?

Roztwór zawierający rozpuszczalnik w dużym stężeniu, dla którego obowiązuje zależność idealna.

Kiedy mieszanina gazów jest roztworem doskonałym?

Gdy spełnia prawo Daltona i mieszaniu nie towarzyszy efekt cieplny.

Jak brzmi prawo Daltona?

"Ciśnienie całkowite mieszaniny gazów doskonałych jest sumą ciśnień cząstkowych składników. p = Σpᵢ"

Kiedy obowiązuje prawo Daltona?

Dla gazów doskonałych oraz gazów rzeczywistych przy dostatecznie niskim ciśnieniu.

Jak brzmi prawo Raoulta?

"Prężność pary składnika nad roztworem jest iloczynem prężności pary czystego składnika i jego ułamka molowego. pᵢ = pᵢ°xᵢ"

Jak zapisać prawo Raoulta dla nielotnej substancji w lotnym rozpuszczalniku?

"N oznacza mole rozpuszczalnika, n mole substancji nielotnej. p = p°·N/(N+n)"

Czym jest obniżenie prężności pary?

"Różnica prężności czystego rozpuszczalnika i prężności nad roztworem.Δp = p° - p"

Czym jest względne obniżenie prężności pary?

"Stosunek obniżenia prężności do prężności czystego rozpuszczalnika.Δp/p°"

Jakie roztwory spełniają prawo Raoulta w całym zakresie stężeń?

Roztwory doskonałe.

Na czym polega dodatnie odchylenie od prawa Raoulta?

Oddziaływania A-B są słabsze niż A-A i B-B, dlatego prężność rzeczywista jest większa od idealnej.

Podaj przykłady dodatniego odchylenia.

Benzen-etanol, CS₂-aceton, chloroform-etanol, etanol-woda, metanol-aceton.

Na czym polega ujemne odchylenie?

Oddziaływania A-B są silniejsze niż w czystych składnikach, dlatego prężność rzeczywista jest mniejsza od idealnej.

Podaj przykład ujemnego odchylenia.

Aceton-chloroform.

Od czego zależy rozpuszczalność gazów w cieczach?

Od rodzaju gazu i rozpuszczalnika, podobieństwa ich właściwości, reakcji zachodzących przy rozpuszczaniu, temperatury i ciśnienia.

Jak brzmi zasada jakościowa rozpuszczalności?

Podobne rozpuszcza się w podobnym.

Jak brzmi prawo Henry'ego?

Masa gazu rozpuszczonego w określonej objętości cieczy jest wprost proporcjonalna do jego ciśnienia parcjalnego nad roztworem.

Jak temperatura wpływa na rozpuszczalność gazów?

Wzrost temperatury zwykle ją zmniejsza.

Co trzeba znać, aby określić stan układu dwuskładnikowego?

Ciśnienie, temperaturę i skład.

Kiedy układ dwuskładnikowy ma najwięcej stopni swobody?

Gdy ma najmniej faz.

Jakie diagramy opisują taki układ?

Ciśnienie-skład albo temperatura-skład.

Jak brzmi I prawo Konowałowa?

Para w równowadze z roztworem jest bogatsza w składnik, którego dodanie zwiększa całkowitą prężność pary.

Co oznacza obszar między krzywymi ciecz-para?

Współistnienie cieczy i pary.

Co oznaczają obszary poza nim?

Istnienie jednej fazy.

Czym jest izopleta?

Linia stałego całkowitego składu układu.

Czym jest linia koniugacji?

Linia łącząca składy dwóch faz pozostających w równowadze przy tej samej T i p.

Do czego służy reguła dźwigni?

Do obliczania względnych ilości obu faz.

Jak działa reguła dźwigni?

Ilość fazy jest odwrotnie proporcjonalna do długości przeciwległego odcinka linii koniugacji.

Na czym opiera się destylacja?

Na różnicy lotności i różnym składzie cieczy oraz pary pozostających w równowadze.

Jak brzmi II prawo Konowałowa?

W maksimum lub minimum temperatury wrzenia skład cieczy i pary jest jednakowy; taki skład jest azeotropowy.

Czym jest azeotrop?

Mieszanina destylująca bez zmiany składu, której nie można rozdzielić zwykłą destylacją na czyste składniki.

Czym jest azeotrop dodatni?

Azeotrop o temperaturze wrzenia niższej niż temperatury wrzenia czystych składników; odpowiada dodatniemu odchyleniu od prawa Raoulta.

Czym jest azeotrop ujemny?

Azeotrop o temperaturze wrzenia wyższej niż temperatury wrzenia czystych składników; odpowiada ujemnemu odchyleniu.

Co dzieje się ze składem podczas destylacji do azeotropu?

Zmienia się tylko do składu azeotropowego, a potem pozostaje stały.

Czym jest destylacja z parą wodną?

Destylacja z użyciem nasyconej lub przegrzanej pary, dająca kondensat z fazy wodnej i organicznej.

W jakiej temperaturze zachodzi destylacja z parą wodną?

Niższej niż temperatura wrzenia najniżej wrzącego składnika.

Czym jest heteroazeotrop?

Azeotrop tworzący po kondensacji dwie niemieszające się fazy ciekłe.

Na czym polega destylacja frakcyjna?

Na wielokrotnym powtarzaniu wrzenia i kondensacji w kolumnie rektyfikacyjnej.

Czym jest liczba półek teoretycznych?

Liczba idealnych etapów parowania i kondensacji potrzebnych do uzyskania określonego rozdziału.

Czym jest górna temperatura krytyczna rozpuszczalności?

Najwyższa temperatura, w której występuje rozdział na dwie fazy; powyżej składniki mieszają się całkowicie.

Czym jest dolna temperatura krytyczna rozpuszczalności?

Temperatura, poniżej której składniki mieszają się w każdym stosunku, a powyżej mogą tworzyć dwie fazy.

Co pokazuje diagram temperatura-skład?

Obszary jedno- i dwufazowe oraz składy współistniejących faz.

Co pokazuje przykład heksan-nitrobenzen?

Przy x = 0,41 i T = 290 K układ jest dwufazowy; składy faz to około 0,35 i 0,83, a fazy bogatej w nitrobenzen jest około 7 razy więcej. Przy 292 K układ jest jednofazowy.

Jak wygląda prosty diagram ciecz-ciało stałe?

Składniki prawie nie rozpuszczają się w fazie stałej, lecz całkowicie w ciekłej; dwie linie likwidusu zbiegają się w punkcie eutektycznym.

Czym jest skład eutektyczny?

"Skład odpowiadający najniższej temperaturze krzepnięcia/topnienia mieszaniny. Wyjaśnienie: Na slajdzie pojawia się omyłkowo „najniższa temperatura wrzenia”; w tym diagramie chodzi o krzepnięcie/topnienie."

Czym jest mieszanina eutektyczna?

Mieszanina kryształów o określonym składzie, wydzielająca się z cieczy w określonej temperaturze eutektycznej.

Jaka jest temperatura eutektyczna?

Zwykle niższa niż temperatury krzepnięcia czystych składników.

Czym jest likwidus?

Linia oddzielająca samą ciecz od obszaru ciecz + ciało stałe; opisuje temperaturę początku krystalizacji.

Czym jest solidus?

Linia ograniczająca od góry obszar występowania wyłącznie faz stałych.

Jak wygląda krzywa stygnięcia substancji czystej?

Ma poziomy przystanek podczas krzepnięcia.

Jak wygląda krzywa mieszaniny o całkowitej mieszalności?

Krzepnięcie zachodzi w zakresie temperatur.

Jak wygląda krzywa układu eutektycznego?

Po wstępnym wydzielaniu jednego składnika występuje przystanek eutektyczny, gdy reszta cieczy krzepnie w stałej temperaturze.

Jak przedstawia się skład układu trójskładnikowego?

Za pomocą trójkąta Gibbsa; każdy wierzchołek oznacza 100% jednego składnika, a suma udziałów wynosi 100%.

Jakiego układu dotyczy prawo podziału Nernsta?

Dwóch niemieszających się lub ograniczenie mieszających rozpuszczalników i trzeciej substancji rozpuszczającej się w obu.

Jak brzmi prawo podziału Nernsta?

"Przy stałej temperaturze i ciśnieniu stosunek aktywności substancji w obu fazach jest stały. Kα/β = aᵢα/aᵢβ = const"

Czym jest współczynnik podziału?

Iloraz aktywności, a w roztworach rozcieńczonych iloraz stężeń substancji w dwóch niemieszających się fazach w równowadze.

Jak zapisuje się K dla roztworu idealnego?

"Jako iloraz ułamków molowych. Kα/β = xᵢα/xᵢβ"

Jak zapisuje się K dla roztworu rozcieńczonego?

"Jako iloraz stężeń. Kα/β = cᵢα/cᵢβ"

Dlaczego K jest stałe?

"W równowadze potencjały chemiczne składnika w obu fazach są równe.μᵢα = μᵢβ"

Co oznacza K olej/woda < 1?

Substancja jest bardziej hydrofilna i ma większe powinowactwo do fazy wodnej.

Do czego wykorzystuje się K?

Do oceny właściwości substancji, QSAR i przewidywania warunków ekstrakcji.

Czym jest QSAR?

Quantitative Structure-Activity Relationships, czyli ilościowe zależności struktura-aktywność.

Gdzie występuje napięcie powierzchniowe?

Na granicy faz.

Co dzieje się z cząsteczką wewnątrz cieczy?

Oddziaływania ze wszystkich stron równoważą się, więc wypadkowa sił wynosi zero.

Co dzieje się z cząsteczką na powierzchni?

Siły są niezrównoważone, a wypadkowa jest skierowana do wnętrza cieczy.

Jak definiuje się napięcie powierzchniowe energetycznie?

"Jako pracę potrzebną do utworzenia jednostkowej powierzchni międzyfazowej.γ = L/A"

Jak definiuje się je siłowo?

"Jako siłę styczną przypadającą na jednostkę długości granicy.γ = F/l"

Jakie są jednostki γ?

J/m² oraz równoważnie N/m.

Od czego zależy napięcie powierzchniowe roztworu?

Od rodzaju dodanej substancji i jej stężenia.

Czym jest ekstrakcja ciecz-ciecz?

Przenoszeniem substancji z jednej fazy ciekłej do drugiej, niemieszającej się z pierwszą, zgodnie z prawem Nernsta.

Od czego zależy ilość wyekstrahowanej substancji?

Od współczynnika podziału, liczby ekstrakcji oraz objętości obu faz.

Co jest wydajniejsze: jedna czy kilka ekstrakcji?

Kilka ekstrakcji małymi porcjami świeżego rozpuszczalnika jest wydajniejsze niż jedna dużą porcją.

Jak zapisać masę pozostałą po jednej ekstrakcji?

"Dla faz α i β: m₁ = m₀·(Kα/βVα)/(Kα/βVα + Vβ)"

Jak zapisać masę pozostałą po n ekstrakcjach?

mₙ = m₀·[(Kα/βVα)/(Kα/βVα + Vβ)]ⁿ

Czym jest ekstrakcja prosta?

Ekstrakcja prowadzona w rozdzielaczu.

Czym jest ekstrakcja ciągła?

Ekstrakcja prowadzona w ekstraktorze, z wielokrotnym kontaktem ze świeżym rozpuszczalnikiem.

Do czego służy aparat Soxhleta?

Do ciągłej ekstrakcji substancji z ciał stałych.

Kiedy proste równania ekstrakcji są słuszne?

Gdy ciecze się nie mieszają lub mieszają ograniczenie, roztwory są rozcieńczone, substancja nie dysocjuje ani nie asocjuje, a temperatura jest stała.

Od czego K nie zależy?

Od ilości substancji rozpuszczonej i objętości cieczy, jeśli spełnione są założenia prawa.