Fázové rovnováhy v jednozložkových sústavách

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

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

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

4. Dvojfázová rovnováha: • Vyparovanie: A(l)  A(g) • Kondenzácia: A(g)  A(l) • Topenie: A(s)  A(l) • Tuhnutie: A(l)  A(s) • Rekryštalizácia: A(s1)  A(s2) Katedra chémie, Technická univerzita v Košiciach

5. 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

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

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

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

9. 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. Suchý ľad Katedra chémie, Technická univerzita v Košiciach

10. Body sublimácie niektorých látok Katedra chémie, Technická univerzita v Košiciach

11. 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

12. 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

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

14. 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

15. Vyparovanie a var Var Vyparovanie 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

16. Dvojfázové rovnováhy s prítomnosťou pary • Clausiusova-Clapeyronova rovnica P2 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

17. Clausius Katedra chémie, Technická univerzita v Košiciach

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

19. Katedra chémie, Technická univerzita v Košiciach

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

21. 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

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

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

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

25. Fázová rovnováha: Fázový diagram CO2 Vlastnosti: Trojný bod je pri tlaku vyššom ako 101325 Pa. Zvýšenie T pri atmosferickomtlaku vedie k sublimácii, t.j. Suchý ľad sa netopí. P l s g 10325 Pa Teplota Katedra chémie, Technická univerzita v Košiciach

26. Koniec Katedra chémie, Technická univerzita v Košiciach