fizikai kémia
Fizikai-kémiai folyamatok előforduló különböző transzformációk elválaszthatatlanul kapcsolódnak a tanítás a heterogén egyensúlyi rendszerek. Fizikai kémia az alapja az anyagok általában, és az ipar, különösen. Annak érdekében, hogy milyen módon, hogy készítsen új anyagok, valamint hogyan lehet javítani a meglévő, meg kell birkózni a szakasz Fizikai Kémia - fázisegyensúlyi. Ez a cél, és a javasolt előnyöket.
1. Elméleti rész 4
1.1. Fázis egyensúlyok heterogén rendszerek 4
1.2. Phase szabály 9
1.3. Equilibrium bináris rendszerek 11
2. Irányelvek a rendezés végrehajtásában és grafikai feladatok №2 18
2.1. Feladat leírása 18
Irodalom 21
MELLÉKLET január 22
2. MELLÉKLET 54
Követelmények a regisztrációs feladat 54
3. FÜGGELÉK 55
Minta kialakítása fedlap 55
1. Elméleti rész. 4
1.1. Fázis egyensúlyok heterogén rendszerek 4
1.2. Phase szabály 9
1.3. Az egyensúlyi többkomponensű rendszerek 11
2. Irányelvek a rendezés végrehajtásában és grafikai feladatok №2 17
MELLÉKLET január 21
2. MELLÉKLET 54
3. FÜGGELÉK 55
1. Az elméleti rész
1.1. Fázis egyensúlyok heterogén rendszerek
Tekintsük az egyensúlyt a heterogén rendszerek. Úgynevezett heterogén rendszer, amely két vagy több fázis. Csak kondenzált rendszerek heterogén. Gáz rendszerek keverékéből álló különböző gázokat nem rétegzett. Condensed rendszer tartalmaz legalább egy, a kondenzált fázisban és gőz fölött, azaz a ez két fázisban. A rendszer tartalmazhat szilárd és folyékony, úgy, hogy a határ a fázisok száma a rendszerek általában nem. Mindenesetre heterogén rendszer egyensúlyban. Minden fázis egyensúlyban kell lenni egymással. Így a heterogén rendszer egyensúlyban van, ha:
- az egyes fázis egyensúlyi állapot jön létre;
- van egy egyensúlyt az egyes fázisok.
Az egyensúlyi, hogy létrejön a fázisok fizikai folyamatok az átmenet az anyagok az egyik fázisból a másikba az úgynevezett fázis egyensúlyi.
A mi feladatunk az, hogy megtaláljuk a mennyiségi jog közötti egyensúly fázisok, amikor a változó rendszer beállításait.
Eljárások, amelyekben az új fázisegyensúlyi vannak létrehozott rendszerek - egy átmeneti fázis (polimorf átalakulás) olvadáspontú szilárd anyag vagy megszilárdulását, forró (szublimáció) vagy kondenzációs, egy átmenetet egy szuperkritikus állapotban, végül feloldjuk és a csapadék.
Bemutatjuk néhány definíció az elmélet fázisegyensúlyi.
Fázis az a része, a rendszer, korlátozott fizikai partíció felületek, amikor áthalad a rendszer tulajdonságai változnak lépésenként. Jelöljük a fázisok száma - F.
Az anyagok teszik ki a rendszert nevezzük alkatrészek vagy alkotórészek -m rendszer.
A független komponensek (k) a k anyagok száma a rendszerben, elegendő a kialakulását minden fázisában a rendszer. Ahhoz, hogy kiszámítja a száma független komponensek a rendszerben, szükség van a száma az összes komponens (alkotóeleme) vonjuk száma egyenletek (R), ezek kötő, t.ek = m-r.
Köztudott, hogy a teljes leírást a rendszer beállításához szükséges nparametrov. A legtöbb esetben a rendszer határozza meg csak két intenzív paraméterek: hőmérséklet és nyomás poetomun = 2.
A fokok száma szabadság (C) a rendszer - ez a független termodinamikai paraméterek, amelyek tetszőlegesen módosítható bizonyos határok megváltoztatása nélkül számát és természetét a fázisok a rendszerben.
Száma szerint a szabadsági fokok a rendszer van osztva bezvariantnye (nemvariáns - 0 szabadsági fok), univariant (1 szabadsági foka), kétváltozós (két szabadságfokú), stb
Tekintsük például a folyamatok fordulnak elő a kohászati aggregátumok (nagyolvasztó, átalakító, elektromos kemence, stb), hogy meg kell érteni a fenti meghatározások a tényleges rendszerek.
A kohászati folyamatokban jellemzően részt-nem sok különböző szervek. Például, egy átalakító pro-kémiai reakció zajlik elemek közötti, szol-rennymi olvadt acél és az oxigén fújt át rajta. Folyékony acél reagáltatunk com. A kezdeti időszakban az olvadó együtt az olvadt acél-lete és salak jelenléte és szilárd anyagok - kaparja és nem oldott mész. Kész acél Tver házon állapotban is változik. Ha elő acél jól polírozott vékony rész, ha figyelembe vesszük a rénium-látható a mikroszkóp alatt, valamint az ML-homogenitását a fém és a különböző zárványok, ahol schiesya-forma és szín, és egyértelmű határokat. Ezek a zárványok állnak kémiai vegyületek - oxidok, karbidok, szulfidok, nitridek.
Hőmérsékleten hőkezelés az acél hatására komplex fizikai és kémiai CONV-scheniya bevonásával ezek a vegyületek és az elemek feloldjuk a fém. Az ilyen reakcióelegy heterogén, kölcsönható szervek hívjuk kohászati rendszerek. Komplex rendszerek jellemezhető számos különféle szervek, Koto-rozs egyszerre van jelen az egyensúlyi állapotban. Azonnal felmerül a kérdés, vajon ilyen körülmények között együtt léteznek bármennyi ilyen szervek vagy ez csak? Ahhoz, hogy erre a kérdésre válaszolni, akkor először be néhány új fogalmakat.
Víz felszínén úszó jégdarabok, hányan vannak az első fázisban, a folyékony víz - egy második, és vízgőz - a harmadik szakasz. Az ember azt gondolja, hogy a koncepció a fázis egybeesik, hogy a Az aggregáció - szilárd, folyékony és gáz. Azonban, a koncepció fázis szélesebb. Egy és ugyanaz a halmazállapotát létezhetnek különböző fázisaiban. Ily módon, amikor a jól ismert tágulási-Nyaka egyidejűleg léteznek két szilárd fázis - kalcium-oxid és kalcium-karbonát. Gyakran egy és ugyanazon anyag függően hőmérséklet és nyomás létezhetnek különböző kristályos állapot vagy módosítások. Például, normál körülmények között a szén van a grafit formájában, és a nagy nyomások stabilabb módosítás gyémánt. Vas alatt 910 ° C-formájában létezik az α-kristályok test-vas rács, és e hőmérséklet felett alakítjuk sűrűbb Cree-kristályok γ-vas egy lapcentrált köbös rács. Silica magas hőmérsékleten (1500 ° C) a krisztoballit formájú, míg a kisebb -, mint az egyik a másik két módosítások - tridimit és kvarc. Ezért, ha a keverék anyagok vannak jelen csak a szilárd állapotban, ez nem jelenti azt, hogy azok az egyik fázis. -Sti függően az elegy összetétele és feltételek ilyen keverék lehet két és nagyobb számú fázisok.
Különböző folyadékok gyakran jól összekeverjük egymással, és alkotnak egy fázisban. Azonban megfeleljen Xia esetekben, amikor a folyadék nem keveredik teljesen vagy jóformán nem elegyedő, és alkot egy egyfázisú személyes. A példák közé tartoznak a víz, a higany, az olvadt acél és az olvadt salakot. Csak gázokat összekeverjük normál nyomáson, minden tekintetben és állandóan formában egyetlen fázisban. Attól függően, hogy a hőmérséklet, és amely-MENT fázisok száma a keverékben változhat. Zajlik ugyanakkor a változások hívtuk fázisátalakulás niyami vagy átmenetek. Ezek jellemzője, a diszkontinuitás. Így a fokozatos melegítése a kapott szilárd vas szigorúan meghatározott sorrendben-mérséklet (1539-ben ° C), hogy egy hirtelen forgatva folyékony állapotban. A tartalmazó keverékek több ve társadalmakban, fázisátalakulások összetételétől függ.
Nézzük meg, mi lehetséges szénkonverziót megoldás a folyékony vas. Bár ez a megoldás nem nasy-Shchen, ez jelenti egyetlen fázisban. Hűtés hatására egy bizonyos hőmérséklet az oldat kezd kiválasztási új fázisok. Hány ilyen fázisok látszanak? Általánosságban elmondható, hűtés közben a vas és szén képezhet legalább egy pár újra új szakasz: a tiszta szilárd vas és szilárd oldatot a szén vas, grafit és a szén kémiai vegyület a vas - vas-karbid (cementit). Így, kezdetben hozni, beleértve a szén-fajta megoldást a folyékony vas látszólag egyidejűleg mo-Jette jelen öt fázisból. A tapasztalat azonban azt mutatja, hogy egy adott hőmérsékleten a vas-szén olvadék lehet megkülönböztetni nem több, mint két új fázisok, például egy szilárd anyag vizes szén-vas-és γ-tsemen-tit. Ha ez már nem lehetséges elosztása a grafit és chi szemcséjű szilárd vas.
Mi határozza meg a fázisok száma, amely lehet egy ideiglenes egyensúlyban létezik? A kérdés megválaszolásához meg kell találni, mi az oka, vagy ahogy a fizikusok azt mondják, a paraméterek befolyásolják az egyensúlyt az egyes fázisok között nem. Nyilvánvaló, hogy ez elsősorban a hőmérséklet és a nyomás - egy bizonyos párologtató-ry szilárd folyékonnyá válik egy bizonyos nyomáson gőz-folyadék forráspontja bekövetkezik stey. Ezek közül a paraméterek is koncentrációban bepárlás anyagok különböző fázisokban. A elmélete az ismert megoldások, hogy egyre nagyobb az oldott anyag koncentrációja-dit redukálható, hogy csökkentse a fagyáspont az oldat, és megváltoztatni az oldószer gőznyomása. Növelésével con-központosítás egy oldott anyag lehet elérni nasy-scheniya, ahol a stand kezdődik egy új szakasz. Azonban, az OP-meghatározottsága koncentrációtartományban és a hőmérséklet, ezek a paraméterek tetszőlegesen módosítható úgy, hogy a egyediségét kormányzati-fázisú oldat marad telítetlen. Mi általában a paraméterek száma a rendszerben, ami lehet önkényesen megváltoztatta változtatás nélkül a fázisok száma jelen? Tekintsük példaként a vizet az edénybe, a dugattyú alá, amely egy bizonyos nyomást.
Nyilvánvaló, hogy ha a külső nyomás nagyobb, mint a gőz nyomása, a gőz fázis nem képződik. Ha a tapasztalat a hőmérséklet olvadáspontja feletti jég ezen a nyomáson, akkor is lehet kialakítva, és a szilárd fázis. Így a egyfázisú egy bizonyos tartományon belül a hőmérséklet és a nyomás a folyékony víz.
Következésképpen, van két paraméter (hőmérséklet és nyomás), hogy a paraméterek tartomány értékek is tetszőlegesen módosítható anélkül, hogy új fázisok. Ha a víz hőmérsékletet olyan értékre, amelynél a gőznyomás egyenlővé válik az alkalmazott nyomást, majd forr, a gőzfázis képződik, és lesz egy kétfázisú rendszer. Egy ilyen rendszerben csak egy pas lehetséges megváltoztatni paramétereinek önkényesen - akár a hőmérséklet vagy a nyomás, de nem mindkettő egyszerre.
Az egyidejű megléte a két fázis egyensúlyi - víz és gőz kell felelnie közötti kapcsolat paraméterek mivel minden egyes felel meg a meghatározott hőmérséklethez a gőznyomás. Ezért Th kétfázisú rendszer, amely egy egyetlen anyag, elegendő, hogy meghatározza egy paramétert (py-EVAP vagy nyomás), hogy teljesen meghatározza annak co-álló.
Hogyan kell megváltoztatni a számot a véletlen változó para-méter, ha más, mint a vízgőz van jelen a rendszerben, és a jég? Ebben az esetben nyilvánvaló, hogy a gőznyomás a víz és a jég meg kell egyeznie, és egyenlő a külső nyomással (ha például, a víz gőznyomása nagyobb lesz, mint jégre, akkor az összes víz lenne bepároljuk és lesüllyed jég). gőznyomás függően a víz hőmérséklete és a jég vannak kifejezve két különböző görbék. A metszéspontja E görbék azt jelzi, az egyenlő nyomás vízgőz és a jég. Ez a pont is megfelel egy bizonyos hőmérsékletet.
Ezért ilyen háromfázisú pro-tudatosan nem tudja megváltoztatni a rendszert egyetlen paraméter, ami nem változott a fázisok száma. Más szóval, létezik egy hiányában szabad paraméter változik. A paraméterek száma, amely lehet változtatni anélkül, hogy megváltoztatná a fázisok száma egyensúlyi rendszerben hívtuk száma szabadsági fokkal. Ahogy azt a B TEM vízben - gőz - jég száma szabadsági fokkal egyenlő nullával, de. Fontos, hogy ebben az állapotban a rendszer automatikusan határozza meg a feladatot a Kar egyidejű jelenléte a három fázis. Mindkét Mr. paraméterek - hőmérséklet és nyomás - vehet csak egyetlen érték.
Vessük össze ezt a rendszert a másik három fázisú rendszer-mu, CaCO3 CaO és a CO2. Amint azt a-rénium tartjuk a kémiai egyensúly, ebben a rendszerben minden érték felel meg egy bizonyos hőmérséklet, hogy megakadályozzák a szén-dioxid-Leniye. Következésképpen, a három fázis létezhet egy bizonyos hőmérséklet-tartományban, azaz. E. A számú szabadsági fokkal nem nulla és az egység.
Nyilvánvaló, hogy ez a különbség a fokok száma szabadságot a két összehasonlított rendszerek függ a különbség a számok az őket alkotó anyagok. Abból a szempontból vegyész, mindegyik rendszer jellemzi száma alkotó anyagok.
Azonban, ha a rendszerben van kémiai rea-CIÓ, majd jellemzéséhez szükséges ismerni nem valamennyi jelenlévő anyagok. Ebben az esetben, az inter-sorban mennyiségben és koncentrációban a különböző anyagok függően állíthatjuk által meghatározott a tömeghatás törvénye. Ezért a tanulmány az egyensúlyi fázisok közötti elegendő tudni, csak a több anyag, amely lehet mennyiségileg kifejezni a női-fázisú készítmény, minden egyes rendszer külön-külön. Ez a szám hívtuk a független komponensek (k). Megtalálható, ha ezek száma a rendszerben jelen lévő ve társadalmak levonni a számos lehetséges kémiai reakciók között.
Például, az arány közötti kalcium-karbonát, kalcium-oxid és szén-dioxid egyensúly oly módon határozzuk meg
és ezért a független komponensek egyenlő két (3-1).
A kompozíció egyes a három fázis a keverék lehet jellemezni megadásával mennyiségének őket mindössze két vegyületek, mint például CaO és a CO2.
Így, három jellemzők, amelyek meghatározzák az egyensúlyi fázisok közötti: a szám a fázisok (F) száma, a szabadsági fok (C) és a több független komponenseinek-ING (k).
Gibbs tartozik egy fontos szakasz szabályt, amely kapcsolatot létesít a három karakteres pálca.