5. előadás

Átírás

1 5. előadás

2 H = U + PV; U=Q-PV H = U + (PV); P= áll H = U + P V; U=Q-P V; U=Q-P V H = Q U= Q V= áll P= áll H = G + T S Munkává nem alakítható Hátalakulás = G + T S 2

3 3

4 4

5 5

6 6

7 7

8 Szilárd halmazállapot A szilárd testekben az alkotó részecskéket nagy erők tartják össze állandó térfogat és állandó alak szerkezetük szerint lehetnek kristályos anyagok - a felépítő részecskék a test egészében szabályosan, rendezetten helyezkednek el alaktalan anyagok - a felépítő részecskék csak kis körzetekben helyezkednek el rendezett módon 8

9 9

10 10

11 Alaktalan szilárd anyagok Amorf állapot - a felépítő részecskék elhelyezkedése csak kis körzetekben rendezett szilárd vagy gyanta jellegű állapot nincs határozott olvadáspont nincs jellemző moláris tömeg üvegszerű anyagok - megdermedt olvadék állapot - fizikai tulajdonságok iránytól függetlenek (sok szerkezeti hiba) 11

12 A fizikai és a kémiai folyamatok mikroszkopikus mérető részecskék szintjén mennek végbe fizikai folyamat: az anyag halmazállapot változása!! allotróp átalakulás Oldás, oldódás?! a konyhasó feloldódása a levesben (nátrium- és kloridionok változatlanul maradnak?!!!!) a levegő oxigénjének oldódása a felszíni vizekben fémek oldása savakban??? vízkő oldása??? klórgáz oldása vízben??? 12

13 A fizikai és a kémiai folyamatok mikroszkopikus mérető részecskék között mennek végbe kémiai folyamat: más anyag lesz belőle?! mitől más? más tulajdonsága lesz!? kémiai kötések felszakadnak és más típusú kötések jönnek létre makroszkópos elem- és vegyület-rendszerek között megy végbe a folyamatban résztvevő egyes atomok vegyérték-elektronjainak elrendeződésében történik változás 13

14 A fizikai és a kémiai folyamatok mikroszkopikus mérető részecskék között mennek végbe vizuális megjelenítésre modellek (rajzok, animációk) értelmezésre - vegyjelek és képletek 14

15 Rendszer állapota Rendszer állapothatározók /p, V, T, c/ környezet Nyitott rendszer (tömeg és energia áramlás) Zárt rendszer (energia áramlás) Szigetelt (sem tömeg, sem energia csere) Állapotegyenletek (pl. gáztörvény) Anyagtranszport /rendszeren belül/ 15

16 Clausius-Clapeyron dlnp/dt = = ΔHp/RT2 lg p = - A/T + B P= poexp (-ΔHp/RT) 16

17 Rendszer állapota Rendszer állapothatározók /p, V, T, c/ környezet Nyitott rendszer (tömeg és energia áramlás) Zárt rendszer (energia áramlás) Szigetelt (sem tömeg, sem energia csere) Állapotegyenletek (pl. gáztörvény) Anyagtranszport /rendszeren belül/ 17

18 Főtételek: 0. Az egyensúly szükséges és elégséges feltétele az intenzív állapotjelzők homogén eloszlása I. A rendszer energiája munkával és hővel változtatható meg. U = W1 + W2 + W Q (W= pv) II. Minden önként végbemenő folyamatban munka vész kárba és hő keletkezik (Kelvin) Hő a önként melegebb helyről megy a hidegebb felé (Clausius) Egy rendszer intenzív állapotjelzőinek inhomogenitásai mindig olyan makroszkópikus folyamatokat hoznak létre, amelyek csökkentik az inhomogenitásokat. I. Abszolút 0 K-en egy homogén, tökéletesen szabályos kristály entrópiája zérus. 18

19 H = U + PV; U=Q-PV H = U + (PV); P= áll H = U + P V; U=Q-P V; U=Q-P V H = Q U= Q V= áll P= áll H = G + T S Munkává nem alakítható Hátalakulás = G + T S 19

20 Termokémia Kémiai reakció: kémiai kötések felszakadnak, újak jönnek létre Energia-különbözet: HŐ /RENDSZER/ Reakcióhő ΔH (energia változás a reakció során) Képződéshő Q ( 1 mol vegyület stabilis módosulatú elemeiből való képződésekor felszabaduló vagy felhasznált hőmennyiség) Exoterm reakció: ΔH < 0 (rendszer hőt veszít, ill. hőt ad le a környezetének) Endoterm reakció: ΔH > 0 (rendszer hőt nyer, ill. Vesz fel a környezetétől) 20

21 Exoterm 2 H2(g) + O2(g) = 2 H2O(g) ΔH= -483,6 kj/mol O2 Endoterm 2 H2O(g) = 2 H2(g) + O2(g) ΔH= 483,6 kj/mol O2 Az elemek standard képződéshője: ZÉRUS Pa nyomáson és 298,15 K (allotróp módosulatok esetében annak a módosulatnak 0 a képződéshője, amelyik ilyen körülmények között stabilis) 21

22 22

23 HESS-tétel Az energiaváltozás a végállapot T és a kezdeti állapot energia-különbsége Hr = Σ Hi(termék) - Σ Hj(kiinduló anyag) 2 C6H6(g) + 15 O2 (g) = 12 CO2(g) + 6 H2O(g) Hr = (12 HCO2(g) + 6 HH2O(g)) - (2 HC6H6(g) + 15 HO2(g)) 23

24

25 HESS-tétel (II) + (III) (I) = C + 2 H2 = CH4 (-2*241,8) + (-393,5) (-802,37) = - 74,73 (táblázat) Hbr = Σ Hrr 25

26 A2 + B2 = 2 AB

27 Többkomponensű rendszerek Folytonos közegben eloszlatott részecskék diszperz rendszereket alkotnak. A diszperz rendszerek a diszpergált részecskék mérete Alapján lehetnek: homogén kolloid (mikroheterogén) -és heterogén rendszerek

28 Homogén rendszerek Oldódás (elegyedés): adott folytonos közegben a részecskék molekuláris mérető eloszlatása (hőmozgás révén) fizikai oldódás oldat (elegy): két vagy több komponens egyfázisú (homogén) keveréke, - a komponensek nem különböztethetők meg. Dr. Molnárné Dr. Hamvas Lívia

29 Egy fázisú rendszer - nincsenek benne határfelületek elegyek - mindhárom halmazállapotban: egyetlen komponens sem megkülönböztetett a többivel szemben ideális elegy - az összetevő komponensek megőrzik sajátságaikat - additivitás reális elegy - a komponensek elkeveredésekor dilatáció vagy kontrakció lép fel oldatok - a komponensek közül az oldószer mennyisége domináns (folytonos közeg), a többi az oldott anyag (diszpergált) Oldhatóság: adott körülmények között (hőmérséklet, nyomás) a telített oldatban az oldott anyag koncentrációja

30 A homogén rendszerek a folytonos közeg és az eloszlatott komponensek halmazállapota szerint lehetnek: eloszlatott folytonos gáz folyadék szilárd anyag gáz gázelegy folyadékban oldott gáz szilárd anyagban oldott gáz folyadék szilárd csak kolloid rendszer lehet köd füst folyadék folyadékban elegy oldott szilárd anyag kolloid szilárd oldatok rendszer (ötvözetek) szilárd emulzió 30

31 A diszperz (kolloid) rendszerek osztályozása Diszperziós közeg gáz folyadék köd gáz szilárd por, füst folyadék gáz gázdiszperziók, habok folyadék folyadék emulzió folyadék szilárd szilárd folyadék szol, kolloid oldat, szuszpenzió szilárd emulzió, gél szilárd szilárd ötvözetek, üvegek Diszpergált anyag A létrejött rendszer 31

32 Gázelegyek Ideális elegy - a tulajdonságok additívak Dalton törvénye: a gázelegy nyomása egyenlő az elegyet alkotó gázok parciális nyomásainak összegével anyagi minőségtől független P = pa + pb + pc + = Σ pi Mengyelejev-Clapeyron pi V = ni R T az egyes komponensek nyomása akkora, mintha az adott térfogatot az a komponens a többi nélkül töltené be

33 Folyadékok elegyedése hasonló szerkezetű folyadékok általában jól oldódnak egymásban (CH-ek, víz és alkoholok) a fémolvadékok azonban nem mindig (Zn és Pb) nem elegyedők: (szén-tetraklorid - víz) mindig két oldatfázis van csekély oldhatósággal korlátozottan elegyedő (fenol - víz) csak meghatározott koncentrációk esetén van homogén oldat korlátlanul elegyedő (etanol - víz, ecetsav - víz) bármilyen arányban keverhető

34 Nem elegyedő folyadékok nem elegyedő nem oldódó!!! egymásban kis mértékű oldódás elkülönülő homogén fázisok (sűrűség) széles hőmérséklet tartomány T, oc g/100 cm3 víz benzol 20 0,175 toluol 16 0,047 n- pentán 16 0,036 kloroform 20 0,822 szén-tetraklorid 25 0, H2O NiCl2 CH2Cl2 l2 34