Potencjał Chemiczny: Wprowadzenie do Układów Jednoskładnikowych, Publikacje z Termodynamika

Pobierz Potencjał Chemiczny: Wprowadzenie do Układów Jednoskładnikowych i więcej Publikacje w PDF z Termodynamika tylko na Docsity!

WYKŁAD 5

JS

Pojęcie potencjału chemicznego.

Układy jednoskładnikowe

W zależności od warunków termodynamicznych potencjał chemiczny substancji czystej definiujemy następująco: Warunki izobaryczno-izotermiczne (^) Warunki izochoryczno-izotermiczne

W warunkach izobarycznych potencjał chemiczny określa zmianę entalpii swobodnej układu, gdy w stałej temperaturze dodajemy do niego substancji

W warunkach izochorycznych potencjał chemiczny określa zmianę energii swobodnej układu, gdy w stałej temperaturze dodajemy do niego substancji

Potencjał chemiczny substancji czystej jest równy molowej entalpii swobodnej.

Wpływ temperatury i ciśnienia na molową entalpię

swobodną w układach jednoskładnikowych

Molową entalpię swobodną dla układu jednoskładnikowego pod ciśnieniem p 2 > p 1 i w ustalonej temperaturze T obliczamy z równania:

Wpływ ciśnienia na objętość molową jest duży dla gazów, znacznie mniejszy dla cieczy i pomijalnie mały w przypadku ciał stałych.

Entalpia swobodna rośnie ze wzrostem ciśnienia

•Potencjał chemiczny rośnie ze wzrostem ciśnienia

Potencjał chemiczny substancji czystej jest równy molowej entalpii swobodnej.

Jeśli ciśnienie p 1 = p^0 jest ciśnieniem standardowym (1 atm ), to dla dowolnego ciśnienia p zachodzi:

Wpływ ciśnienia na potencjał

chemiczny gazu doskonałego

oznaczamy jako ^0 i nazywamy standardowym potencjałem chemicznym gazu.

Obliczenie wartości entropii pierwiastka lub związku chemicznego w temperaturze 298 K wymaga znajomości:

• temperatur i entalpii przemian fazowych
• zależności ciepła cp od temperatury dla wszystkich faz, które występują w przedziale temperatur od 0 K do 298 K

Standardowe wartości molowe dla temperatury 298 K są stablicowane

Wpływ temperatury i objętości na energię swobodną

w układach jednoskładnikowych

• Energia swobodna układu maleje ze wzrostem temperatury
• Energia swobodna układu maleje ze wzrostem objętości
• Potencjał chemiczny maleje ze wzrostem objętości

TERMODYNAMIKA PRZEMIAN

FAZOWYCH

Równowaga fazowa w układach

jednoskładnikowych

DEFINICJE

• Faza - część układu, jednorodna pod względem

fizycznym i chemicznym, oddzielona od pozostałych

części układu powierzchnią rozdziału.

• Składnik - część fazy, jednorodna chemicznie, którą

można wyodrębnić z fazy bez zmiany jej właściwości

chemicznych. Składnik może istnieć samodzielnie

(bez układu), np. H 2 O jest składnikiem, ale jon H+aq

nie jest składnikiem.

Zmiana stanu skupienia a entalpia

plazma

jonizacja

rekombinacja

• Przemiany, w których ciepło jest pobierane z otoczenia entalpia przemiany jest dodatnia
• Przemiany , w których ciepło jest oddawane do otoczenia entalpia przemiany jest ujemna
• Standardowe molowe wartości entalpii przemian fazowych są stablicowane

• Przy p = const , potencjał chemiczny składnika (T) maleje ze wzrostem temperatury.
• W danej temperaturze T, trwała jest ta faza, w której potencjał chemiczny składnika jest najmniejszy.
• Punkty przecięcia zależności  i(T) wyznaczają temperatury przemian fazowych czystego składnika pod określonym ciśnieniem p.

Co decyduje o trwałości fazy dla

określonego ciśnienia i temperatury?

Warunkiem równowagi termodynamicznej w układzie

jednoskładnikowym jest równość potencjałów

chemicznych składnika we wszystkich fazach.

Warunek równowagi

termodynamicznej

Stany metastabilne,

czyli nietrwałe termodynamicznie

Ciecz przechłodzona -substancja istniejąca w stanie ciekłym poniżej temperatury krzepnięcia. Ciecz przechłodzoną można otrzymać przez: powolne ochładzanie idealnie czystej cieczy w naczyniu o gładkich ściankach

• ochładzanie na tyle szybkie, aby substancja "nie zdążyła" wymienić ciepła z otoczeniem. Ciecz przegrzana -substancja istniejąca w stanie ciekłym powyżej temperatury parowania.
• Ciecz przegrzaną można otrzymać przez powolne ogrzewanie idealnie czystej cieczy lub przez ogrzanie cieczy pod wysokim ciśnieniem i stopniowym obniżaniu ciśnienia. Ciecze przegrzane znajdują zastosowanie w komorach pęcherzykowych do analizy torów cząstek elementarnych.
• Przechłodzona para – substancja istniejąca w stanie gazowym poniżej temperatury wrzenia

Wykres fazowy dla układu jednoskładnikowego przedstawia, jakie fazy składnika występują w zależności od warunków termodynamicznych ciśnienia i temperatury.

Wykresy (diagramy) fazowe

• Linie oddzielające obszary gazu, cieczy i ciała stałego obrazują współistnienie składnika w dwóch fazach (f=2, z=1). Przykładowo, pod danym ciśnieniem p współistnienie fazy stałej i ciekłej jest możliwe tylko w ściśle określonej temperaturze T. Zmiana temperatury powoduje zanik jednej z faz.
• Współistnienie trzech faz składnika (f=3, z=0) jest możliwe tylko w jednym punkcie, tzw. punkcie potrójnym.