docKemisk Termodynamik – Föreläsning 7
download 
Report Transcription
Kemisk Termodynamik – Föreläsning 7
Kemisk termodynamik 15/4 2010 Christer Elvingsson Ideala lösningar Alla komponenter i lösningen följer ππππ = π₯π₯ππππ β ππππβ , där π₯π₯ππππ är koncentrationen i vätskan och ππππβ är trycket för det rena ämnet. ππππ = ππππβ + π π π π π π π π (π₯π₯ππ ) #figur: βBensen och toluen-blandningβ Idealt utspädd lösning Lösningsmedlet har i stort sätt bara likadana molekyler runt sig, vilket leder till att den uppträder som en ideal lösning: ππ1 = π₯π₯1ππ β ππ1β ππ1 = ππ1β + π π π π π π π π (π₯π₯1 ) Det lösta ämnet har dock bara molekyler av lösningsämnet omkring sig och uppför sig annorlunda: ππ ππ2 = π₯π₯2ππ β πΎπΎ2 där πΎπΎ2 = limπ₯π₯ 2 β0 οΏ½ 2οΏ½π₯π₯2 οΏ½ ππ2 = ππ2β + π π π π π π π π (π₯π₯2 ) där ππ2β är värdet för en oändligt utspädd lösning. Kemisk potential och aktivitet Definition: ππππ = ππππ⦡ + π π π π π π π π (ππππ ) där ππππ är aktiviteten för ämnet, ππππ = πΎπΎππ β π₯π₯1 där πΎπΎππ är aktivitetsfaktorn. Om πΎπΎππ = 1 kommer det att vara en ideal lösning eftersom aktiviteten kommer att vara lika med molbråket. ππππβ = ππππ⦡ och π₯π₯ππ = ππππ = ππππ βππππβ För en idealt utspädd lösning gäller att: β’ β’ ππ1 οΏ½ππβ 1 ππ2 ⦡ = ππ2 samt π₯π₯2 = ππ2 = οΏ½πΎπΎ 2 För lösningsmedlet: π₯π₯1 = ππ1 , ππ1β = ππ1⦡ samt π₯π₯1 = ππ1 = För det lösta ämnet: π₯π₯2 = ππ2 , ππ2β För att bestämma hur icke-ideal en lösning är kan man använda sig av två konventioner I. II. Jämförning med ideal lösning Jämförning med idealt utspädd lösning Icke ideala lösningar I. II. Lösningsmedel: Löst ämne: Exempel πππ‘π‘π‘π‘π‘π‘ = 760 π‘π‘π‘π‘π‘π‘π‘π‘ β ππππππππππππππ = 786 π‘π‘π‘π‘π‘π‘π‘π‘ β ππππππππππππππππ = 581 π‘π‘π‘π‘π‘π‘π‘π‘ ππ = 0,4 π₯π₯ππππππππππππ ππ π₯π₯ππππππππππππ = 0,516 πΎπΎπΌπΌ,ππ = ππππ βοΏ½π₯π₯ππππ β ππππβ οΏ½, πΎπΎπΌπΌπΌπΌ,1 = ππ1 βοΏ½π₯π₯1ππ β ππ1β οΏ½, πΎπΎπΌπΌπΌπΌ,2 = ππ2 βοΏ½π₯π₯2ππ β πΎπΎ2 οΏ½, πΎπΎπΌπΌ,ππ βΆ 0 ππå π₯π₯ππππ βΆ 1 πΎπΎπΌπΌπΌπΌ,1 βΆ 1 ππå π₯π₯1ππ βΆ 1 πΎπΎπΌπΌπΌπΌ,2 βΆ 1 ππå π₯π₯2ππ βΆ 0 Enligt konvention I: πΎπΎπΌπΌ,ππ = ππππ βοΏ½π₯π₯ππππ β ππππβ οΏ½ = οΏ½ππππ = ππ πππ‘π‘π‘π‘π‘π‘ β π₯π₯ππ οΏ½ = ππ πππ‘π‘π‘π‘π‘π‘ β π₯π₯ππ π₯π₯ππππ β ππππβ 760 β (1 β 0,516) = 1,11β« 551 β (1 β 0,400) enhetslösa 760 β 0,516 β¬ = 1,25 πΎπΎπΌπΌ,ππππππππ = β 551 β 0,400 πΎπΎπΌπΌ,ππππππππ = Gibbs fasregel πΉπΉ = πΆπΆ β ππ + 2 πΆπΆ = ππππππππππππππ ππππππππππππππππππππππ ππ = ππππππππππππππ ππππππππππ πΉπΉ = ππππππβππππππππππππππππππ ππππππππππ ππππππππππππππππππ π£π£π£π£π£π£π£π£π£π£π£π£π£π£π£π£π£π£ 2=2 Exempel: 25 i kompendiet 1. Om man har sackaros som är helt löst i vatten har man två komponenter, socker och vatten, och en fas. Detta leder till 3 frihetsgrader. Frihetsgraderna är de variabler man kan ändra oberoende av varandra. I detta fall trycket (P), temperaturen (T), och koncentrationen av något av ämnena. 2. Om man sedan häller i så pass mycket socker att det inte längre går att lösa mer så att man får en fast fas samt höjer temperaturen så att man även får en gasfas av vattenånga kommer antalet komponenter fortfarande vara två, däremot har man helt plötsligt tre faser, vilket leder till att man bara har en frihetsgrad. Då kan man inte längre ändra de tre variablerna oberoende av varandra, ändrar man en måste man ändra de andra för att hålla kvar samma tillstånd. Fasdiagram och destillation #figur: βfasdiagram och destillationβ Fraktionerad destillation är upprepada koknings/kondensations-cykler. Antalet teoretiska bottnar är antalet steg som krävs för at nå en viss sammansättning. Vid kraftig icke idalitet kan man få maximum/minimum i ett T,X-diagram, detta kallas azeotrop, där koncentrationen i vätskan är samma som koncentrationen i gasfasen.
