Понятие фазового равновесия . условия фазового равновесия. Основные понятия: фаза , компонент, вариантность системы. Правило фаз Гиббса. Применение

Правило фаз Гиббса

При изменении внешних параметров равновесие в системе нарушается, при этом изменяются концентрации компонентов или исчезают старые и возникают новые фазы. Изменение в системе происходит до установления нового состояния равновесия.

Этот процесс описывается основным законом состояния равновесия, который носит название правила фаз Гиббса:

В равновесной термодинамической системе, на которую оказывает влияние только давление и температура, число степеней свободы равно числу независимых компонентов минус число фаз плюс два:

С=К-Ф+2

Из этого правила следует, что при числе степеней свободы С=0 система имеет наибольшее число равновесных фаз.

Если на систему, находящуюся в равновесии, кроме давления и температуры оказывают влияние еще и другие внешние факторы, например, магнитное или гравитационное поле, электрические воздействия, то в уравнении число внешних факторов будет больше 2.

Тогда правило фаз запишется так:

С=К-Ф+n

при С=0 Ф=К+n ,т.е число фаз не может быть больше, чем К+n: Ф<= К+n

Если равновесие установилось в конденсированной системе, то оно практически не смещается при небольшом изменении давления. В таком случае правило фаз Гиббса для конденсированных систем можно записать:

С=К-Ф+1

Пример. Имеем в равновесии жидкую воду, пар и лед. Рассчитаем число степеней свободы такой системы при условии влияния на систему только двух внешних параметров – давления и температуры:

С= 1-3+2= 0

Это значит, что система нонвариантна, т.е. любое изменение одного из параметров выведет систему из состояния равновесия. Значит, чтобы в системе одновременно сосуществовали все три фазы, необходимо систему держать при определенном значении давления и температуры.

Фазой называется часть системы, ограниченная физическими поверхностями раздела при переходе через которые свойства системы изменяются скачкообразно.

Числом независимых компонентов(k) называется число веществ в системе, достаточное для образования всех фаз данной системы.

Число степеней свободы (С) системы– это число независимых термодинамических параметров, которые можно произвольно менять в некоторых пределах без изменения числа и природы фаз в системе.

Условие фазового равновесия, т.е. значение параметров, характеризующих смесь p, T, C при которых не происходит перенос массы из жидкой фазы в газ и наоборот при адиабатных условиях

2…Закон распределения третьего компонента . Коэффициент распределения. Экстракция

Закон распределения Нернста. Экстракция и ее использование в технологии углеродных материалов.

Если взять две несмешивающиеся жидкости и добавить третий компонент, то он будет растворяться в разной степени в том и другом растворителе.

«При установлении равновесия отношение концентраций полученных растворов постоянно при данной температуре» - закон распределения Нернста (1.13).

= К, (1.13)

где - концентрации третьего компонента вI и II фазах; К - коэффициент распределения.

Если растворенное вещество диссоциирует или ассоциирует в одном из растворителей, то уравнение Нернста имеет вид:

= К, (1.14)

Для нахождения Клогарифмируем уравнение (1.14) и получаем уравнение прямой:

Построив прямую в координатах , найдем «n» как тангенс угла наклона прямой (по любым двум точкам, лежащим на прямой) tga = .

InK можно найти из уравнения, подставив в него значения любой точки, находящейся на прямой.

Закон распределения Нернста лежит в основе процесса экстракции. Экстракция это извлечение компонента из одной фазы в другую. Экстракция бывает твердофазная - извлечение веществ из твердой фазы в жидкую (например, заваривание чая, кофе, приготовление настоек, экстрактов трав и так далее) и жидкофазная - извлечение растворенного вещества из жидкого раствора экстрагентом. Раствор извлеченного вещества в экстрагенте называется экстрактом, а исходный раствор после извлечения из него вещества называется рафинатом.

Для расчета эффективности жидкофазной экстракции используют уравнение

(3.31)

Где х- доля неизвлеченного вещества в рафинате;

V - объем исходного раствора;

- объем экстрагента;

К - коэффициент распределения

n - число экстракций.

Как видно из уравнения, чем больше экстракций, тем меньше остается вещества в рафинате, то есть неизвлеченным, тем больше вещества извлекается экстрагентом. Эффективность экстракции в большой степени определяется величиной коэффициента распределения: чем больше коэффициент в пользу экстрагента, тем эффективнее экстракция.

В нефтепереработке широко применяют процессы экстракции в системе ж-ж при очистке масел, дизельного топлива, извлечении ароматических углеводородов.

В промышленных условиях для экстракции используются такие растворители как фенол, фурфурол, N-метилпироллидон, бензол, диэтиленгликоль, пропан и др.

Углекислотная экстракция.Перспективными для экстрагирования являются предлагаемые в последнее время сжиженные газы: углерода диоксид, пропан, бутан, жидкий аммиак, хладоны и др. Сжиженный углерода диоксид хорошо извлекает эфирные, жирные масла и другие гидрофобные вещества. Гидрофильные вещества хорошо экстрагируются сжиженными газами с высокой диэлектрической проницаемостью (аммиак, метил хлористый, метиленоксид и др.)

Экстрагирование сжиженными газами проводится под давлением, при снятии которого экстрагент улетучивается, а экстрактивные вещества остаются в чистом виде.

Технология углекислотной экстракции – это технология обработки сырья в условиях углекислого газа (CO₂), позволяющая извлекать в высокой концентрации различные действующие вещества в чистом виде. Технология углекислотной экстракции – самый эффективный и экологически чистый (без химических соединений и примесей) способ выделения различных БАВ с высокой степенью избирательности, содержащихся в лекарственном растительном сырье.

3…Теория активного комплекса

Теория активного комплекса.

Основным представлением ТАК является положение о том, что всякая химическая реакция протекает через образование некоторого переходного состояния, которое затем распадается на продукты данной реакции.

Основные положения теории:

1. В ходе процесса молекулы постепенно приближаются друг к другу, в результате чего меняются межъядерные расстояния.

2. В ходе реакции образуется активированный комплекс, когда один из атомов становится как бы обобществленным, и межъядерное расстояние становится одинаковым.

3. Активированный комплекс превращается в продукты реакции.

Например, реакцию разложения йодоводорода можно представить следующим образом:

Сначала две молекулы HJ расположены достаточно далеко друг от друга. При этом существует взаимодействие лишь между атомами в молекуле. После сближения на достаточно короткое расстояние начинают возникать связи между атомами, входящими в состав разных молекул, и связи H–J становятся более слабыми. В дальнейшем они ещё более ослабевают и полностью разрываются, а новые связи H–H и J–J, наоборот, упрочняются. В результате происходит перегруппировка атомов и вместо исходных молекул НJ образуются молекулы Н₂и J₂. В процессе сближения и перегруппировки атомов молекулы образуют некоторый малоустойчивый активированный комплекс из двух молекул водорода и двух молекул йода; комплекс существует очень недолго и в дальнейшем распадается на молекулы продуктов. На его образование необходима затрата энергии, равная энергии активации.

Представление об активированном комплексе и об энергии активации подтверждается с помощью энергетических диаграмм, построение которых используется в ТАК.

Активированный комплекс всегда имеет избыток энергии по сравнению с энергией реагирующих частиц.

А–В+D →A+B–D

переходное состояние

Е₁– энергия связи BD без А.

Е₂– энергия связи АB без D.

Е₃– энергия связи переходного состояния.

Е₄– энергия свободных атомов.

Е₃– Е₂= Е активации прямой реакции.

Е₂– Е₁= ∆Н тепловой эффект реакции.

Е₄– Е₂– энергия разрыва связи АВ.

Е₄– Е₁– энергия разрыва связи ВD.

Так как энергия разрыва связей Е₄>> Е активации, то реакция протекает с образованием активированного комплекса без предварительного разрыва связей.

Дата добавления: 2018-04-04; просмотров: 1299; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 17 18 19 20 212223 24 25 26 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!