ΘΕΡΜΟΔΤΝΑΜΙΚΘ IΙ. Ενότθτα 11: Διαλυτότθτα Ιδανικά διαλφματα ογομών Μπογοςιάν Πολυτεχνικι χολι Σμιμα Χθμικών Μθχανικών

Transcript

1 ΘΕΡΜΟΔΤΝΑΜΙΚΘ IΙ Ενότθτα 11: Διαλυτότθτα Ιδανικά διαλφματα ογομών Μπογοςιάν Πολυτεχνικι χολι Σμιμα Χθμικών Μθχανικών

2 κοποί ενότθτασ κοπόσ τθσ ενότθτασ αυτισ είναι o οριςμόσ του ιδανικοφ διαλφματοσ με βάςθ το χθμικό δυναμικό, θ εξζταςθ των κερμοδυναμικών ιδιοτιτων ανάμειξθσ, κακώσ και κάποιων εφαρμογών για τα ιδανικά διαλφματα και θ διαλυτότθτα ςτερεών και αερίων ςε υγρά. 2

3 Περιεχόμενα ενότθτασ Διαλυτότθτα, μοριακι κεώρθςθ Ιδανικά διαλφματα Σο μοντζλο για το χθμικό δυναμικό των ιδανικών διαλυμάτων Θερμοδυναμικζσ ιδιότθτεσ ανάμειξθσ ςε ιδανικά διαλφματα Ιςορροπία ιδανικοφ διαλφματοσ με κακαρι κρυςταλλικι ουςία 3

4 Ενδεικτικι βιβλιογραφία Χημική Θερμοδυναμική. Μπογοςιάν Ελλθνικό Ανοικτό Πανεπιςτιμιο, Πάτρα,

5 11 Διαλυτότθτα Ιδανικά διαλφματα

6 Ιδανικά διαλφματα Ιδανικό διάλυμα: h h H Οι ολικζσ τιμζσ Η, V μετά τθν ανάμειξθ: παραμζνουν ίδιεσ με τισ αντίςτοιχεσ πριν τθν ανάμειξθ H mx 0 V mx 0 n h, V n Ελεφθερη ενζργεια και εντροπία ανάμειξησ ιδανικοφ διαλφματοσ G n n RT n lnx Ελεφκερθ ενζργεια διαλφματοσ Ελεφκερθ ενζργεια πριν τθν ανάμειξθ G mx 0 S mx 0 mx G RT n lnx H mx mx S Rnlnx 0 6

7 Άςκθςθ Ο ςυνκετικόσ αζρασ είναι ζνα μείγμα με ςφςταςθ 78.1% κ.ο. Ν 2, 21% κ.ο. Ο 2 και 0.9% κ.ο. Αr. Ποιά είναι θ ΔS ςτθν παραςκευι ςυνκετικοφ αζρα με ανάμειξθ των ςυςτατικών του; Λφςθ: mx S Rnlnx Ζςτω ότι ςχθματίηουμε 1 mol αζρα με ανάμειξθ mol Ν 2, 0.21 mol Ο 2 και mol Αr S mx 4.68 J mol J mol K 0.782ln ln ln K -1 7

8 Άςκθςθ Oι οργανικζσ ενώςεισ n-εξάνιο και n-επτάνιο αναμειγνφονται ςτουσ 25 ο C ςχθματίηοντασ ιδανικό διάλυμα. Να υπολογιςτοφν: θ ΔG, θ ΔH και θ ΔS όταν 500 g n-εξάνιο αναμειγνφονται με 500 g n-επτάνιο. Λφςθ: Για ςχθματιςμό ιδανικοφ διαλφματοσ: mx mx G RTn lnx S Rn lnx H mx 0 n mol n mol x x a mx G RTn lnx ln ln J mol S mx G T mx J mol -1 K -1 8

9 Θερμοδυναμικζσ ιδιότθτεσ ανάμειξθσ ςε ιδανικά διαλφματα Θα δείξουμε αρχικά ότι ςε ιδανικά διαλφματα: h h * p, T RTlnx * T T Rlnx * / T / T R x T T ln T p,n,n p p,n,n j j / T h T T 2 * p h 2 T Αντίςτοιχα: * RT x p p ln p T,n,n T T,n,n j j * p T Αρα h h 9

10 Ιςορροπία μεταξφ ιδανικοφ διαλφματοσ και ενόσ κακαροφ ςυςτατικοφ - 1 Ζςτω διάλυμα τθσ ουςίασ Α ςε νερό. Θεωροφμε ότι δε ςχθματίηονται ςτερεά διαλφματα. Γραφικι παράςταςθ τθσ κερμοκραςίασ, όπου το διάλυμα βρίςκεται ςε ιςορροπία με κάποια από τισ 2 κακαρζσ ςτερεζσ φάςεισ (πάγοσ, Α) PT: καμπφλθ ςθμείου πιξεωσ του διαλφτθ QT:καμπφλθ διαλυτότθτασ τθσ διαλυμζνθσ ουςίασ χθματιςμόσ πάγου (ςθμείο Ρ) χθματιςμόσ ςτερεοφ Α (ςθμείο Q) Ηθτάμε ςχζςθ που να μασ εκφράηει ποςοτικά: τθ κερμοκραςιακι εξάρτθςθ τθσ διαλυτότθτασ τθν Σίτλοσ ταπείνωςθ Ενότθτασ του ςθμείου πιξεωσ του διαλφτθ 10

11 Ιςορροπία μεταξφ ιδανικοφ διαλφματοσ και ενόσ κακαροφ ςυςτατικοφ - 2 Εςτω τώρα ότι το Α είναι παρόν ωσ ςτερεό και ωσ ςυςτατικό του διαλφματοσ τθν ιςορροπία: a a a a a a RTlnxa ln x a RT RT * lnxa 1 a / T 1 a / T T R T R T p lnx T h a h a 2 2 μερικι γραμμομοριακι ενκαλπία του Α ςτο διάλυμα T T a γραμμομοριακι ενκαλπία του ςτερεοφ Α p h a RT 2 h a (1) 11

12 Ιςορροπία μεταξφ ιδανικοφ διαλφματοσ και ενόσ κακαροφ ςυςτατικοφ - 3 (1) lnx T a p L RT a 2 Θερμότθτα που απορροφάται όταν 1 mol A(s) διαλφεται υπό ςτακερά p, T Eάν το διάλυμα είναι ιδανικό: ha ha θ L a είναι θ λανκάνουςα κερμότθτα τιξθσ, αλλά μπορεί αναφζρεται ςτθν Τ του διαλφματοσ και όχι ςτθν Τ τηξ 12

13 Ιςορροπία μεταξφ ιδανικοφ διαλφματοσ και ενόσ κακαροφ ςυςτατικοφ - 4 Θ ςχζςθ lnx T a p L RT a 2 δίνει τθ κερμοκραςιακι εξάρτθςθ τθσ διαλυτότθτασ εκφραςμζνθ ωσ προσ L εάν L a 0 θ διαλυτότθτα αυξάνει με τθν Τ a 13

14 Αναφορζσ Όλεσ οι εικόνεσ είναι από το βιβλίο Χθμικι Θερμοδυναμικι,. Μπογοςιάν Ελλθνικό Ανοικτό Πανεπιςτιμιο, Πάτρα,

15 Σζλοσ Ενότθτασ

16 Χρθματοδότθςθ Σο παρόν εκπαιδευτικό υλικό ζχει αναπτυχκεί ςτo πλαίςιo του εκπαιδευτικοφ ζργου του διδάςκοντα. Σο ζργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα ςτο Πανεπιςτήμιο Πατρών» ζχει χρθματοδοτιςει μόνο τθν αναδιαμόρφωςθ του εκπαιδευτικοφ υλικοφ. Σο ζργο υλοποιείται ςτο πλαίςιο του Επιχειρθςιακοφ Προγράμματοσ «Εκπαίδευςθ και Δια Βίου Μάκθςθ» και ςυγχρθματοδοτείται από τθν Ευρωπαϊκι Ζνωςθ (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Σαμείο) και από εκνικοφσ πόρουσ. 16

17 θμείωμα Ιςτορικοφ Εκδόςεων Ζργου Σο παρόν ζργο αποτελεί τθν ζκδοςθ

18 θμείωμα Αναφοράσ Copyrght Πανεπιςτιμιο Πατρών. Κακθγθτισ, ογομών Μπογοςιάν. «Θερμοδυναμικι ΙΙ». Ζκδοςθ: 1.0. Πάτρα Διακζςιμο από τθ δικτυακι διεφκυνςθ: 18

19 θμείωμα Αδειοδότθςθσ Σο παρόν υλικό διατίκεται με τουσ όρουσ τθσ άδειασ χριςθσ Creatve Commons Αναφορά, Μθ Εμπορικι Χριςθ Παρόμοια Διανομι 4.0 *1+ ι μεταγενζςτερθ, Διεκνισ Ζκδοςθ. Εξαιροφνται τα αυτοτελι ζργα τρίτων π.χ. φωτογραφίεσ, διαγράμματα κ.λ.π., τα οποία εμπεριζχονται ςε αυτό και τα οποία αναφζρονται μαηί με τουσ όρουσ χριςθσ τουσ ςτο «θμείωμα Χριςθσ Ζργων Σρίτων». [1] Ωσ Μη Εμπορική ορίηεται θ χριςθ: που δεν περιλαμβάνει άμεςο ι ζμμεςο οικονομικό όφελοσ από τθν χριςθ του ζργου, για το διανομζα του ζργου και αδειοδόχο που δεν περιλαμβάνει οικονομικι ςυναλλαγι ωσ προχπόκεςθ για τθ χριςθ ι πρόςβαςθ ςτο ζργο που δεν προςπορίηει ςτο διανομζα του ζργου και αδειοδόχο ζμμεςο οικονομικό όφελοσ (π.χ. διαφθμίςεισ) από τθν προβολι του ζργου ςε διαδικτυακό τόπο Ο δικαιοφχοσ μπορεί να παρζχει ςτον αδειοδόχο ξεχωριςτι άδεια να χρθςιμοποιεί το ζργο για εμπορικι χριςθ, εφόςον αυτό του ηθτθκεί. 19