Презентация Химический потенциал. Фазовые равновесия онлайн

Содержание слайда: ХИМИЧЕСКИЙ ПОТЕНЦИАЛ. ФАЗОВЫЕ РАВНОВЕСИЯ ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ. ТЕМА 6.

Содержание слайда: 1. Химический потенциал

Содержание слайда: 1. Химический потенциал

Содержание слайда: 1. Химический потенциал

Содержание слайда: 1. Химический потенциал

Содержание слайда: 1. Химический потенциал

Содержание слайда: 1. Химический потенциал

Содержание слайда: 1. Химический потенциал

Содержание слайда: 1. Химический потенциал

Содержание слайда: 2. Фазовые равновесия. Основные понятия Основные формы, в которых существует вещество, называют агрегатными или фазовыми состояниями. Агрегатное состояние вещества – форма существования вещества, зависящая от расстояния между частицами и взаимодействия между ними. Газообразное, жидкое, твердое, плазма Для большинства веществ существуют три основных состояния, переход между которыми осуществляется при изменении температуры: газ, жидкость, твёрдое.

Содержание слайда: 2. Фазовые равновесия. Основные понятия Для любого вещества существует одна форма газообразного состояния и одна форма жидкого состояния Твердому состоянию вещества могут отвечать несколько форм (модификаций), отличающихся по строению и свойствам – полиморфизм. Полиморфные состояния простых веществ называются аллотропными модификациями. Твёрдое и жидкое состояние называют конденсированным состоянием

Содержание слайда: 2. Фазовые равновесия. Основные понятия Фаза – гомогенная часть системы, которая на всём протяжении обладает одинаковыми термодинамическими свойствами и отделена от других частей системы поверхностью раздела. Фазы, состоящие из одного химически индивидуального вещества, называют простыми (чистыми) фазами. Фазы, содержащие несколько различных веществ – смешанными фазами. Если система состоит из одной фазы, она называется гомогенной. Многофазная система называется гетерогенной. Компонентом или составной частью системы называют содержащееся в системе химически однородное вещество, которое может быть выделено из системы и может существовать в изолированном виде длительное время. Пример 1. В воздухе азот, кислород, аргон и другие газы представляют собой составляющие вещества. Пример 2. В водном растворе хлорида натрия NaCl и вода H2O являются составляющими веществами.

Содержание слайда: 2. Фазовые равновесия. Основные понятия Наименьшее число компонентов системы, через которое выражается состав любой фазы, называется числом независимых компонентов данной системы. Число независимых компонентов К подсчитывается как общее число компонентов а минус число независимых химических реакций r и минус число дополнительных условий m, связывающих концентрации компонентов. Пример.  

Содержание слайда: 2. Фазовые равновесия. Основные понятия Число независимых компонентов может совпадать и не совпадать с числом индивидуальных веществ. В случае фазового равновесия, установившегося без протекания химической реакции, число независимых компонентов равно общему числу компонентов Например, в смеси, состоящей из газообразных азота N2, кислорода O2 и аргона Ar, между которыми нет взаимодействия, число составляющих веществ равно числу независимых компонентов, т.е. трём.

Содержание слайда: 2. Фазовые равновесия. Основные понятия  Пример. Химическая реакция В смеси трёх газов HI, I2 и H2 возможна реакция:   Между концентрациями трёх веществ устанавливается соотношение, определяемое константой равновесия: Зная концентрации двух составляющих веществ (например, HI и H2) можно определить концентрацию третьего компонента (I2) Число независимых компонентов равно двум: 3 – 1 = 2, где 3 – число составляющих веществ, 1 – число уравнений, связывающих между собой их концентрации Если концентрации I2 и H2 в равновесной смеси равны, то добавляется ещё одно условие, связывающее между собой концентрации двух составляющих веществ в газовой фазе, и число независимых компонентов равно одному: 3 – 2 = 1

Содержание слайда: 2. Фазовые равновесия. Основные понятия Фазовый переход – переход какого-либо из компонентов системы из одной фазы в другую (из одного агрегатного состояния в другое). Ж-Г кипение (испарение) Г-Ж конденсация Т-Г возгонка (сублимация) Г-Т десублимация (конденсация) Т-Ж плавление Ж-Т кристаллизация Полиморфный переход – переход одной кристаллической модификации вещества в другую. Фазовые переходы сопровождаются поглощением или выделением теплоты

Содержание слайда: 2. Фазовые равновесия. Основные понятия Фазовым равновесием называется равновесие, которое устанавливается при переходе вещества из одной фазы в другую без изменения химического состава (ΔG=0) Примеры: плавление-кристаллизация испарение-конденсация сублимация-конденсация аллотропические превращения веществ другие

Содержание слайда: 2. Фазовые равновесия. Основные понятия

Содержание слайда: 2. Фазовые равновесия. Основные понятия

Содержание слайда: 2. Фазовые равновесия. Основные понятия

Содержание слайда: 3. Правило фаз Гиббса Числом степеней свободы (или вариантностью) системы называют число параметров, которые можно независимо менять, не меняя при этом числа и вида фаз данной системы (т.е. так, чтобы не появлялись новые и не исчезали старые фазы). Термодинамические параметры, которые можно произвольно менять: температура T давление P объём V концентрации веществ сi

Содержание слайда: 3. Правило фаз Гиббса Основной закон фазового равновесия Является применением второго закона термодинамики к изучению превращений в гетерогенных системах, в которых возможны как переходы веществ из одной фазы в другую, так и химические реакции Число степеней свободы С (число переменных, которые можно варьировать, не изменяя фазового состояния системы) равновесной системы, число фаз Ф, число независимых компонентов К и внешних условий N, влияющих на равновесие, взаимно связаны соотношением: С + Ф = К + N Отсюда число степеней свободы С = К - Ф + N В состоянии равновесия С = 0 и число фаз Ф = К + N, а в общем случае, когда С ≥ 0,   Ф ≤ К + N

Содержание слайда: 3. Правило фаз Гиббса С = К - Ф + N Число внешних условий N, оказывающих влияние на состояние системы, может быть разным. На фазовое равновесие в системе, где нет химических реакций, обычно влияют температура и давление, т.е. два внешних условия, N=2 Число степеней свободы равновесной термодинамической системы равно   С = К - Ф + 2 В некоторых системах изменение температуры или давления практически не влияют на равновесие (например, на равновесие в конденсированных системах не влияет давление), т.е N=1 При этом число степеней свободы уменьшается на единицу:   С = К - Ф + 1 Ф  К+2

Содержание слайда: 3. Правило фаз Гиббса. Классификация систем по числу степеней свободы Безвариантные (нонвариантные) системы, число степеней свободы равно нулю, С = 0 Одновариантные (моновариантные), число степеней свободы равно единице, С = 1 Двухвариантные (бивариантные), число степеней свободы равно двум, С = 2 и т.д.

Содержание слайда: 3. Правило фаз Гиббса. Классификация систем по числу степеней свободы

Содержание слайда: 4. Фазовые равновесия в однокомпонентных системах Примеры однокомпонентных систем: вода образует три фазы: водяной пар, жидкая вода и твёрдая фаза – лёд; известно 15 различных модификаций льда, и каждая является отдельной фазой сера кристаллизуется в ромбической и моноклинной формах, может быть в жидком и газообразном состоянии белое и серое олово, а также жидкое олово и пары олова  Число степеней свободы в однокомпонентной системе (при К = 1) С = 1 - Ф + 2  С = 3 - Ф  В состоянии равновесия С = 3 – Ф = 0, т.е. Ф = 3, а в общем случае Ф ≤ (1 + 2) или Ф ≤ 3. Таким образом, в однокомпонентной системе число равновесных фаз не может быть больше трёх, т.е. могут существовать системы однофазные, двухфазные и трёхфазные .

Содержание слайда: 4. Фазовые равновесия в однокомпонентных системах. Уравнение Клаузиуса-Клапейрона Даёт зависимость давления p фазового перехода от температуры T для любых двух фаз, образуемых одним веществом: На практике для расчёта теплот фазовых переходов в каждом конкретном случае это уравнение интегрируют в интервале температур от Т1 до Т2 и используют в виде    

Содержание слайда: 4. Фазовые равновесия в однокомпонентных системах. Уравнение Клаузиуса-Клапейрона Фазовый переход твёрдое тело – жидкость Фазовый переход твёрдое тело – газ Фазовый переход жидкость – газ

Содержание слайда: 4. Фазовые равновесия в однокомпонентных системах. Энтропия испарения. Правило Трутона

Содержание слайда: 4. Фазовые равновесия в однокомпонентных системах. Энтропия испарения. Правило Трутона

Содержание слайда: 5. Диаграммы состояния однокомпонентных систем (фазовые диаграммы) Состояние однокомпонентной системы определяется двумя независимыми параметрами, например, давлением и температурой, а объём системы есть функция этих параметров V = f (p,T). Если по трем координатным осям отложить соответственно давление, температуру и объем, то получится пространственная диаграмма, характеризующая зависимость состояния системы и фазовых равновесий в ней от внешних условий. Такая диаграмма называется диаграммой состояния или фазовой диаграммой. Фазовая диаграмма – диаграмма, выражающая зависимость состояния системы от внешних условий или от состава системы.

Содержание слайда: 5. Диаграммы состояния однокомпонентных систем (фазовые диаграммы) Пространственные диаграммы сложны и неудобны в применении Используют плоские фазовые диаграммы (проекции пространственной диаграммы на плоскость) p-T, p-V, T-V. На диаграмме состояния при равновесии каждому сочетанию фаз и каждой фазе в отдельности соответствует свой геометрический образ: плоскость, линия, точка. На плоской диаграмме состояния каждой фазе соответствует участок плоскости (область или поле), представляющий совокупность фигуративных точек, изображающих состояния равновесной системы. Линия пересечения областей характеризует равновесие двух фаз, а точка пересечения этих линий – равновесие трех фаз. Такая точка называется тройной точкой.

Содержание слайда: Фазовые диаграммы Фазовой диаграммой или диаграммой состояния называется диаграмма, выражающая зависимость состояния системы и фазовых равновесий в ней от внешних условий или ее состава. Показывает, какие фазы могут существовать при данных условиях Фазы, существующие в равновесии одновременно, называются сосуществующими фазами. Кривые фазового равновесия – линии, отражающие на фазовой диаграмме состояния сосуществующих фаз.

Содержание слайда: Фазовые диаграммы Фазовой диаграммой или диаграммой состояния называется диаграмма, выражающая зависимость состояния системы и фазовых равновесий в ней от внешних условий или ее состава. Показывает, какие фазы могут существовать при данных условиях Фазы, существующие в равновесии одновременно, называются сосуществующими фазами. Кривые фазового равновесия – линии, отражающие на фазовой диаграмме состояния сосуществующих фаз.

Содержание слайда: Для вещества с несколькими кристаллическими модификациями диаграмма состояния имеет более сложный характер Для вещества с несколькими кристаллическими модификациями диаграмма состояния имеет более сложный характер На рисунке изображена диаграмма для случая, когда число различных кристаллических модификаций равно двум. В этом случае имеются две тройные точки В точке Tp в равновесии находятся жидкость, газ и первая кристаллическая модификация вещества, В точке Tp´ находятся в равновесии жидкость и обе кристаллические модификации

Содержание слайда: Диаграмма состояния для каждого конкретного вещества строится на основе экспериментальных данных. Диаграмма состояния для каждого конкретного вещества строится на основе экспериментальных данных. Зная диаграмму состояния, можно предсказать, в каком состоянии будет находиться вещество при различных условиях (при различных значениях p и T), а так же какие превращения будет претерпевать вещество при различных процессах

Содержание слайда: 5.1 Фазовая диаграмма воды

Содержание слайда: 5.1 Фазовая диаграмма воды

Содержание слайда: 5.1 Фазовая диаграмма воды

Содержание слайда: 5.1 Фазовая диаграмма воды

Содержание слайда: 5.1 Фазовая диаграмма воды

Содержание слайда:

Содержание слайда: 5.2 Фазовая диаграмма серы Сера образует две кристаллические модификации: ромбическую и моноклинную Возможно существование четырех фаз: ромбической, моноклинной, жидкой и газообразной А, В и С – тройные точки

Содержание слайда: 5.2 Фазовая диаграмма серы

Содержание слайда: 5.3 Фазовая диаграмма диоксида углерода СО₂ в жидком состоянии может быть получен только при высоких давлениях. При атмосферном давлении твердый диоксид углерода переходит в газообразное состояние, минуя жидкую фазу. Этот процесс протекает достаточно медленно, что позволяет использовать двуокись углерода в качестве хладагента ( сухого льда )

Содержание слайда: 5.3 Фазовая диаграмма гелия При температуре ниже T = 2,172К жидкий гелий испытывает фазовый переход, переходя из «нормального» состояния (гелий-I) в новое состояние гелия-II Гелий-II обладает сверхтекучестью (т.е. способностью течь вообще без трения)