Равновесные состояния при фазовых переходах - Реферат

До конца 20 в. основным методом изучения химических систем являлся препаративный метод, основанный на выделении из системы данного вещества различными способами(кристаллизация, перегонка и др.) и изучении его свойств и свойств(оптических, магнитных и др.). Однако этот метод, оказался недостаточным при изучении многих систем, таких, как растворы, расплавы, смолы, стекла и другие многокомпонентные системы. На базе учения о химическом равновесии был разработан новый метод исследования химических систем-метод физико-химических свойств химической системы от факторов, определяющих ее равновесие. В этом методе применяются геометрический анализ диаграмм, построенных в координатах физическое свойство-фактор равновесия(Р,Т, состав). Анализ таких диаграмм позволяет установить протекающие в системе качественные изменения, характер взаимодействия между компонентами, области существования и составы равновесных фаз [1].При растворении газов в жидкостях устанавливается равновесие между жидкой фазой, содержащей растворитель и растворенный газ, и газовой фазой, содержащей данный газ и пары растворителя. Если растворитель относительно мало летуч, то установится равновесие между раствором и практически чистым растворяемым газом.Растворимость различных газов в одном и том же растворителе при одинаковых условиях изменяется в очень широких пределах. Растворимость газов повышается при химическом взаимодействии растворяемого газа с растворителем. Если растворители относятся к одному и тому же классу соединений, то растворимость газа часто мало зависит от индивидуальных свойств растворителя.Если газ химически не взаимодействует с растворителем, то зависимость растворимости газа в жидкости от давления выражается законом Генри. При наличии диссоциации или ассоциации молекул закон Генри следует применять отдельно к каждому роду молекул, концентрации которых не произвольны, а связаны между собой законами химического равновесия и могут быть выражены через общую концентрацию газа в растворе.При небольших давлениях растворимость газов в жидкостях с повышением температуры обычно уменьшается. При высоких давлениях растворимость газов в жидкостях с ростом температуры может и увеличиваться. Количественную зависимость растворимости газов в жидкости от температуры можно найти из условий равновесия между раствором, содержащим растворенный газ, и газовой фазой, которая при малой летучести растворителя представляет собой чистый растворяемый газ.Растворимость жидкостей в жидкостях зависит от природы растворителя и растворенного вещества, температуры, присутствия в растворе посторонних веществ. Существуют растворы с неограниченной взаимной растворимостью, ограниченной взаимной растворимостью и с практически полной взаимной нерастворимостью жидкостей. Ограниченная взаимная растворимость двух жидкостей наблюдается в системах со значительным отклонением от идеальности. Растворимость таких жидкостей зависит от температуры. В одних системах взаимная растворимость жидкостей с ростом температуры увеличивается (системы с верхней критической температурой растворения), в других уменьшается (системы с нижней критической температурой растворения).Если раствор образован из двух летучих, неограниченно растворимых друг в друге жидкостей, то пар, находящийся в равновесии с жидким раствором, будет содержать оба компонента. Если пар подчиняется законам идеальных газов и находится в равновесии с идеальным раствором, то состав паровой фазы легко найти, зная состав жидкой фазы. Во всем интервале концентраций идеального жидкого раствора растворитель и растворенное вещество подчиняются закону Рауля: Рі = Рі0 Xi(ж) (4) Для изучения равновесия пар-жидкий раствор применяют два типа диаграмм состояния: диаграммы давление пара - состав (Т - const) диаграммы температура кипения - состав (Р - const) Как для идеальных, так и для реальных растворов справедлив первый закон Гиббса-Коновалова: пар по сравнению с жидким раствором, из которого он получен, при равновесии богаче тем компонентом, прибавление которого к раствору приводит к понижению температуры кипения раствора при заданном внешнем давлении или к повышению давления пара над раствором.Если система образована из двух летучих ограниченно смешивающихся жидкостей, то при испарении такой системы пар будет содержать оба компонента и находиться в равновесии с каждой из жидких фаз. Согласно правилу сосуществования фаз в гетерогенной системе две фазы, порознь находящиеся в равновесии с третьей фазой, равновесны и между собой. В расслаивающихся равновесных системах с изменением состава системы составы равновесных жидких фаз не изменяются. В системах второго типа общее давление пара над растворами любого состава лежит между давлениями паров чистых компонентов при той же температуре (Р10 <Р <Р20).Совершенно несмешивающихся жидкостей не существует, так как любые жидкости в какой-то степени растворимы друг в друге. В системах, состоящих из взаимно нерастворимых жидкостей, испарение каждой жидкости происходит независимо от присутстви

Содержание

Введение

1. Равновесные состояния при фазовых переходах

1.1 Равновесие газ - жидкий раствор в двухкомпонентных системах

1.1.1 Зависимость растворимости газов в жидкостях от природы газа и растворителя

1.1.2 Зависимость растворимости газов в жидкостях от давления

1.1.3 Зависимость растворимости газов в жидкостях от температуры

2. Равновесие жидкость - жидкость в двухкомпонентных системах

3. Равновесие пар - жидкий раствор в двухкомпонентных системах

3.1 Равновесие пар-жидкий раствор в системах с неограниченной взаимной растворимостью жидкостей

3.2 Равновесие пар - жидкий раствор в системах с ограниченной взаимной растворимостью жидкостей

3.3 Равновесие пар-жидкий раствор в системах с взаимно нерастворимыми жидкостями

4. Равновесие кристаллы-жидкий раствор в двухкомпонентных системах

4.1 Диаграммы плавкости двухкомпонентных систем

4.1.1 Системы без образования химических соединений

4.1.2 Системы с образованием химических соединений, плавящихся конгруэнтно

4.1.3 Системы с образованием химических соединений, плавящихся инконгруэнтно

4.1.4 Системы с неограниченной растворимостью компонентов в жидком и ограниченной взаимной растворимостью в твердом состояниях

5. Экспериментальная часть

Заключение

Список используемой литературы

До конца 20 в. основным методом изучения химических систем являлся препаративный метод, основанный на выделении из системы данного вещества различными способами(кристаллизация, перегонка и др.) и изучении его свойств и свойств(оптических, магнитных и др.). Препаративный метод имеет большое значение для развития химии и широко применяется до настоящего времени, особенно в органической химии. Однако этот метод, оказался недостаточным при изучении многих систем, таких, как растворы, расплавы, смолы, стекла и другие многокомпонентные системы.

На базе учения о химическом равновесии был разработан новый метод исследования химических систем- метод физико-химических свойств химической системы от факторов, определяющих ее равновесие. В этом методе применяются геометрический анализ диаграмм, построенных в координатах физическое свойство- фактор равновесия(Р,Т, состав). Анализ таких диаграмм позволяет установить протекающие в системе качественные изменения, характер взаимодействия между компонентами, области существования и составы равновесных фаз [1].

Гетерогенная система - система, состоящая из нескольких фаз. Фазой называется совокупность гомогенных (однородных) частей системы, одинаковых по составу, химическим и физическим свойствам и отграниченных от других частей системы поверхностью. Поверхности раздела фаз образуются некоторым количеством молекул, расположенных на границе области, заполненной данной фазой. Молекулы, образующие поверхностный слой, находятся в особых условиях, вследствие чего поверхностный слой обладает особыми свойствами, не присущими веществу, находящемуся в глубине фазы. Образования, составленные из небольшого числа молекул, не могут быть разделены на поверхностный слой и внутреннюю массу вещества, поэтому к образованиям с очень малым объемом понятие фаза неприменимо. Жидкие и твердые фазы называются конденсированными.

Составляющее вещество системы - это каждое вещество системы, которое может быть выделено из системы и существовать вне ее. Если в системе не протекает химическая реакция, то количество каждого из веществ не зависит от количеств других веществ. Если в системе протекает химическая реакция, то состав фаз равновесной системы можно определить, зная концентрацию только части веществ. Составляющие вещества, концентрации которых определяют состав фаз данной равновесной системы, называют независимыми составляющими веществами или компонентами системы. Свойства системы определяются не только природой компонентов, но и их числом. Число компонентов совпадает с числом составляющих веществ при отсутствии химической реакции или меньше при наличии химической реакции.