Тема 4. Фазовые равновесия

Условия термодинамического равновесия в многофазных многокомпонентных системах. Правило фаз Гиббса.

Фазовые равновесия в однокомпонентных системах. Зависимость давления насыщенного пара от температуры. Уравнение Клапейрона — Клаузиуса и его использование для определения тепловых эффектов процессов фазовых переходов. Диаграммы фазовых равновесий в однокомпонентных системах. Тройная точка.

Фазовые равновесия в двухкомпонентных системах. Фазовые диаграммы в конденсированных системах. Твердые растворы и их особенности. Диаграммы плавкости двухкомпонентных систем. Типы диаграмм в зависимости от характера взаимодействия в твердом и жидком состоянии.

Рекомендуемая литература: [1, с. 87–124], [2].

Вопросы для самоконтроля

1. Сколько компонентов и сколько фаз в следующих термодинамических системах: 1) система состоит из жидкой воды и водяного пара; 2) в системе имеется раствор поваренной соли с осадком этой соли; 3) в системе имеется раствор двух солей NaNO₃ и AgNO₃ , осадка нет; 4) в системе имеется несколько газов CO₂, H₂, O₂. Какие из систем являются гомогенными?

2. Система содержит следующие составляющие вещества: Ag, AgCl, NaCl, H₂O, O₂, N₂, H₂. Сколько фаз в этой системе? Сколько компонентов?

3. Рассчитайте давление пара воды при 200 °С, принимая что Δ_vapΗ = 40,67 кДж/моль и не зависит от температуры, а Δ_vapС_p = – 42 кДж/(моль К).

4. Чем отличаются процессы при переходе системы через линию эвтектики, от процессов при переходе системы через линию перитектики?

5. К каким типам твердых растворов будут относиться системы с неограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии?

6. Какие экспериментальные данные можно использовать для построения фазовой диаграммы?

Тема 5. Термодинамика растворов

Экстенсивные и интенсивные свойства растворов. Уравнение Гиббса —Дюгема. Парциальные молярные величины и методы их определения. Термодинамическая классификация растворов (растворы идеальные, реальные, предельно разбавленные, растворы неэлектролитов). Аддитивные (энтальпия, объем, теплоемкость) и неаддитивные свойства (энергия Гиббса, энтропия) идеальных растворов. Химический потенциал компонента идеального и реального раствора. Активность компонента раствора, функции смешения. Избыточные функции, коэффициенты активности.

Давление пара над идеальным раствором. Закон Рауля. Давление насыщенного пара над реальным раствором. Отклонение от идеальности как результат межмолекулярного взаимодействия в растворах. Бесконечно разбавленные растворы. Использование законов Рауля и Генри для термодинамического описания свойств разбавленных растворов. Эбулиоскопия, криоскопия, осмотическое давление, использование их для определения термодинамических свойств растворов.

Равновесие пар–раствор в системах, образованных летучими жидкостями. Диаграммы давление–состав и температура–состав. Законы Коновалова и их термодинамическое обоснование. Азеотропные смеси. Взаимная растворимость жидкостей. Зависимость растворимости от температуры. Давление пара над двухфазными смесями. Перегонка с водяным паром.

Рекомендуемая литература: [1, с. 125–163], [2].

3.Содержание практического раздела дисциплины

3.1.Тематика практических занятий

4 семестр, 4 часа

1. Расчет констант равновесия газовых реакций 2 часа

2. Фазовое равновесие. Фазовые диаграммы двухкомпонентных систем 2 часа

3.2.Перечень лабораторных работ

4 семестр, 6 часов

1. Определение теплоты растворения неизвестной соли. 2 часа

2. Изучение зависимости температуры кипения от давления и определение теплоты парообразования легколетучей жидкости 2 часа

3. Термический анализ системы фенол-нафталин; построение диаграммы состояния системы. 2 часа

4.Контрольные задания

4.1.Общие методические указания

Для самостоятельного усвоения основных вопросов физической химии техносферы в 4-м семестре предусмотрена одна контрольная работа, включающая разделы: основные законы химической термодинамики, химическое и фазовое равновесие, термодинамика растворов. Контрольная работа включает 9 заданий. Каждое задание содержит 1–2 теоретических вопроса и одну задачу.

Номер варианта задания определяется по последним двум цифрам номера зачетной книжки. Если образуемое ими число больше 20, то следует взять сумму этих цифр. Например, если номер зачетной книжки Д-11Г10/12, то номер варианта задания равен 2. Если номер зачетной книжки З-3Б10/26, то номер варианта задания равен 8.

Теоретические вопросы надо отвечать кратко и четко, давая основные понятия и определения. Объем ответов на один теоретический вопрос 0,5–1 страница.

После проверки контрольной работы студент обязан ответить на замечания, сделанные преподавателем. В случае, если контрольная работа не зачтена, она возвращается студенту для доработки.