25. Главный закон золотой смеси. Закон Рауля. Смеси. Разделение веществ. Состав веществ. Установка.
Канал «Научная Тематика»! Поддержать канал Донатом🧧💰👇. Перевод на карту: Сбер: 4817 7601 3927 9347 Т-банк: 2200 7017 8811 7452 Сервисы раннего доступа, смотри видео раньше и поддержи канал: Подписка на Boosty • https://boosty.to/ivanovskiy/donate Подписка на VK_Donut • https://vk.com/donut/ivanovskiysergey Канал в соцсетях👇 Телеграм • https://t.me/ivanovskiysergey ВК • https://vk.com/ivanovskiysergey Дзен • https://dzen.ru/ivanovskiysergey Rutube •https://home.strannik-j.org/video/person/30197834 ------------------------------------------------------------------------------- Лекция посвящена фазовым переходам, начиная с краткого повторения однокомпонентных систем и переходя к двухкомпонентным. 1. Повторение однокомпонентных систем. Методы: Используются диаграммы состояния (например, П-Т) вместо сложных уравнений. Фазовые переходы: Жидкость ⇌ Газ: Испарение (общее), Кипение (интенсивное испарение по всему объему). Обратный процесс — конденсация. Твердое ⇌ Жидкость: Плавление, Кристаллизация. Твердое ⇌ Газ: Сублимация (возгонка), Десублимация. Примеры: Переход воды в пар, образование капель на холодной тарелке, плавление льда, сухой лед (CO2), превращение в пар. 2. Двухкомпонентные системы. Фундаментальная величина: Энергия Гиббса (G). Зависимости G: Для многокомпонентных систем G зависит от температуры (T), давления (P) и количества каждого компонента (N1, N2...). Упрощение: Для двухкомпонентных систем рассматривают G как функцию T, P и мольной доли одного компонента (x1), так как x2 = 1 - x1. Химический потенциал (μ): Определяется как производная энергии Гиббса по количеству вещества. Для смесей μi зависит от T, P и состава. Стандартные состояния: Для определения химических потенциалов смесей вводятся стандартные состояния, которые учитывают состав. Для идеальных газов использовалась фугитивность. Для растворов предлагается выражение для μi, включающее стандартный химический потенциал, RT и логарифм мольной доли компонента. 3. Энергия Гиббса смешения. Идеальные растворы: Энергия Гиббса смеси описывается линейной функцией, соединяющей значения для чистых компонентов. Реальные растворы: Взаимодействие компонентов приводит к отклонениям от линейности: Без взаимодействия: G лежит на прямой. Склонность к увеличению G (нежелание смешиваться): Термодинамически невыгодно; происходит расслоение или компоненты остаются несмешанными. Склонность к понижению G (желание смешиваться): Образуется раствор. Величина понижения G — это энергия Гиббса смешения (ΔGсмеш). Расслоение: Если кривая G имеет "горб" (повышение G после точки минимума), система может расслаиваться на две фазы с разным составом. Исследование: ΔG смешения можно измерить экспериментально, определяя энтальпию (ΔHсмеш) и энтропию (ΔSсмеш) смешения. 4. Фазовое равновесие "жидкость-пар" в двухкомпонентных системах. Условие равновесия: Химические потенциалы каждого компонента в жидкой и паровой фазах должны быть равны (μi_жидк = μi_пар). Закон Рауля: Для идеальных растворов парциальное давление компонента i над раствором (Pi) равно произведению его мольной доли в жидкости (xi) на давление насыщенного пара чистого компонента (P0i): Pi = xi * P0i. Общее давление над раствором (P) = Σ Pi (закон Дальтона). Для идеальных растворов зависимость общего давления от состава P(x1) является прямой линией. Экспериментальное определение: Используется установка для измерения температур кипения смесей при постоянном давлении. Отбирается проба пара (конденсируется в жидкость) для определения состава пара. Состав жидкости и пара определяется, например, по показателю преломления. Строятся зависимости, связывающие состав жидкости и пара при данной температуре. Диаграммы "температура-состав" (T-x): Область: Под кривой начала кипения (нижняя линия) — жидкая фаза. Над кривой конца кипения (верхняя линия) — парообразная фаза. В области между кривыми — равновесие жидкость-пар. Кривые: Нижняя кривая: **Кривая начала кипения (состав жидкой фазы). Верхняя кривая: **Кривая конца кипения (состав паровой фазы). Изотерма: Горизонтальная линия, проведенная при определенной температуре, отсекает на кривых состав соответствующей фазы (жидкости и пара) в равновесии. Разделение компонентов: Пар всегда обогащен легколетучим компонентом (имеющим более низкую температуру кипения), а жидкость — труднолетучим компонентом. Это свойство используется в процессах перегонки для очистки веществ. Азеотропы: Значительные отклонения от закона Рауля могут приводить к образованию азеотропов. Азеотроп — это смесь, для которой состав жидкости и пара одинаков. Азеотроп ведет себя как индивидуальное вещество. Диаграммы T-x для азеотропных смесей имеют характерную точку (минимум или максимум). Задачи на будущее: Математическое описание равновесий, причины образования азеотропов, практическое применение (различные виды перегонки).
Канал «Научная Тематика»! Поддержать канал Донатом🧧💰👇. Перевод на карту: Сбер: 4817 7601 3927 9347 Т-банк: 2200 7017 8811 7452 Сервисы раннего доступа, смотри видео раньше и поддержи канал: Подписка на Boosty • https://boosty.to/ivanovskiy/donate Подписка на VK_Donut • https://vk.com/donut/ivanovskiysergey Канал в соцсетях👇 Телеграм • https://t.me/ivanovskiysergey ВК • https://vk.com/ivanovskiysergey Дзен • https://dzen.ru/ivanovskiysergey Rutube •https://home.strannik-j.org/video/person/30197834 ------------------------------------------------------------------------------- Лекция посвящена фазовым переходам, начиная с краткого повторения однокомпонентных систем и переходя к двухкомпонентным. 1. Повторение однокомпонентных систем. Методы: Используются диаграммы состояния (например, П-Т) вместо сложных уравнений. Фазовые переходы: Жидкость ⇌ Газ: Испарение (общее), Кипение (интенсивное испарение по всему объему). Обратный процесс — конденсация. Твердое ⇌ Жидкость: Плавление, Кристаллизация. Твердое ⇌ Газ: Сублимация (возгонка), Десублимация. Примеры: Переход воды в пар, образование капель на холодной тарелке, плавление льда, сухой лед (CO2), превращение в пар. 2. Двухкомпонентные системы. Фундаментальная величина: Энергия Гиббса (G). Зависимости G: Для многокомпонентных систем G зависит от температуры (T), давления (P) и количества каждого компонента (N1, N2...). Упрощение: Для двухкомпонентных систем рассматривают G как функцию T, P и мольной доли одного компонента (x1), так как x2 = 1 - x1. Химический потенциал (μ): Определяется как производная энергии Гиббса по количеству вещества. Для смесей μi зависит от T, P и состава. Стандартные состояния: Для определения химических потенциалов смесей вводятся стандартные состояния, которые учитывают состав. Для идеальных газов использовалась фугитивность. Для растворов предлагается выражение для μi, включающее стандартный химический потенциал, RT и логарифм мольной доли компонента. 3. Энергия Гиббса смешения. Идеальные растворы: Энергия Гиббса смеси описывается линейной функцией, соединяющей значения для чистых компонентов. Реальные растворы: Взаимодействие компонентов приводит к отклонениям от линейности: Без взаимодействия: G лежит на прямой. Склонность к увеличению G (нежелание смешиваться): Термодинамически невыгодно; происходит расслоение или компоненты остаются несмешанными. Склонность к понижению G (желание смешиваться): Образуется раствор. Величина понижения G — это энергия Гиббса смешения (ΔGсмеш). Расслоение: Если кривая G имеет "горб" (повышение G после точки минимума), система может расслаиваться на две фазы с разным составом. Исследование: ΔG смешения можно измерить экспериментально, определяя энтальпию (ΔHсмеш) и энтропию (ΔSсмеш) смешения. 4. Фазовое равновесие "жидкость-пар" в двухкомпонентных системах. Условие равновесия: Химические потенциалы каждого компонента в жидкой и паровой фазах должны быть равны (μi_жидк = μi_пар). Закон Рауля: Для идеальных растворов парциальное давление компонента i над раствором (Pi) равно произведению его мольной доли в жидкости (xi) на давление насыщенного пара чистого компонента (P0i): Pi = xi * P0i. Общее давление над раствором (P) = Σ Pi (закон Дальтона). Для идеальных растворов зависимость общего давления от состава P(x1) является прямой линией. Экспериментальное определение: Используется установка для измерения температур кипения смесей при постоянном давлении. Отбирается проба пара (конденсируется в жидкость) для определения состава пара. Состав жидкости и пара определяется, например, по показателю преломления. Строятся зависимости, связывающие состав жидкости и пара при данной температуре. Диаграммы "температура-состав" (T-x): Область: Под кривой начала кипения (нижняя линия) — жидкая фаза. Над кривой конца кипения (верхняя линия) — парообразная фаза. В области между кривыми — равновесие жидкость-пар. Кривые: Нижняя кривая: **Кривая начала кипения (состав жидкой фазы). Верхняя кривая: **Кривая конца кипения (состав паровой фазы). Изотерма: Горизонтальная линия, проведенная при определенной температуре, отсекает на кривых состав соответствующей фазы (жидкости и пара) в равновесии. Разделение компонентов: Пар всегда обогащен легколетучим компонентом (имеющим более низкую температуру кипения), а жидкость — труднолетучим компонентом. Это свойство используется в процессах перегонки для очистки веществ. Азеотропы: Значительные отклонения от закона Рауля могут приводить к образованию азеотропов. Азеотроп — это смесь, для которой состав жидкости и пара одинаков. Азеотроп ведет себя как индивидуальное вещество. Диаграммы T-x для азеотропных смесей имеют характерную точку (минимум или максимум). Задачи на будущее: Математическое описание равновесий, причины образования азеотропов, практическое применение (различные виды перегонки).