Лекция Термодинамика және жалпы түсінік. Күй параматрлері. Квазистатистикалық процесстер
жүктеу/скачать 1,53 Mb.
|
325227 (1) (1) (1)
323267
| Лекция №17,18
Ерітінділер. Ерітінділер теориясы Дәріс жоспары: 1.Парциалды мольдік шамалар 2.Гиббс – Дюгемнің негізгі теңдеулері 3.Ерітіндінің бу қысымы 4. Идеал ерітінділердің термодинамикалық қасиеттері 5.Идеал ерітінділердің қайнау және балқу температуралары 6.Қатты заттардың ерігіштігі. Шредер теңдеуі 7.Идеал ерітінділердің осмос қысымы 8. Реал ерітінділер Ертінді - деп екі немесе одан да көп компоненттерден тұратын біртекті гомогенді жүйені айтады. Термодинамикалық тұрғыдан қарағанда ертінділер тұрақты жүйе болып табылады. Ертінділер әр түрлі агрегаттық күйде (газ, сұйық немесе қатты) болады. Газ күйіндегі ертінділерге мысал ретінде газдардың қоспаларын келтіруге болады. Мысалы, ауа-әр түрлі газдың қоспасы. Газ күйіндегі ертінділерді сұйық немесе қатты заттарды газда еріту арқылы да алуға болады. Сұйық ертінділер газдарды, сұйық немесе қатты заттарды сұйықта еріту арқылы алынады. Қатты ертінділер көбінесе сұйық ертінділерді суытып қатыру арқылы алынады. Қатты ертінділерге құймалар жатады. Ертінділер табиғатта , күнделікті өмірде, техникада, өнеркәсіпте өте маңызды орын алады. Жер шарын қоршаған атмосфера әр түрлі газдардың біртекті қоспасы. Сол сияқты жер бетінің бөлігін алып тұратын мұхиттар мен теңіздердің сулары әр түрлі тұздардың ертінділері. Өзендер мен көлдердің тұщы суларында еріген тұздардың концентрациялары бұдан аздау. Жер қыртысы астындағы ыстық магма да көптеген заттардың біртекті қоспасы. Тірі организмнің қаны мен шырындары да ертінділер болып табылады, олардың организмдегі қозғалысы ертінділер заңдылықтарына бағынады. Мұнай да табиғи ертінділердің заңдылықтарына бағынады. Мұнай да табиғи ертінділердің бірі. Металлугия өнеркәсібінде әр түрлі металдардың біртекті қоспалары (құймалары) алынады. Көптеген химиялық реакциялар ертіндіде өтеді. Кезінде алхимиктер заттар бір-бірімен тек ертіндіде әрекеттеседі деп тұжырымдаған: Carpora non aguntnis . Әрине, кейбір реакциялар әр түрлі фазалар арасында да өтеді, бірақ дегенмен де ертінділерді зерттеу өте маңызды мәселе екендігін жоғарыда айтылғандардан көреміз. Осы уақытқа дейін ертінділер туралы жалпы теория жоқ. Оның себебі ертінділердің түзілуі өте күрделі процеске жатады, олар әр түрлі физикалық және химиялық құбылыстардың нәтижесінде түзіледі. Ерітінді түзілген кезде жылу бөлініп не жылу сіңірілуі химиялық құбылысқа жатады. Химиялық құбылыс кезінде ертінді түзетін заттардың қасиеттері кенет өзгереді. Мысалы, химиялық реакция нәтижесінде заттардың түсі кенет секірмелі түрде өзгереді, ал физикалық процесте түстің өзгеруі бірте-бірте өтеді. Химиялық процесс өткенде заттардың тығыздығы, сыну көрсеткіштері, жылу сыйымдылықтары, оптикалық, термиялық , т.б. қасиеттері кенет өзгереді. Физикалық процесте ертіндінің көлемі оны түзетін заттардың алғашқы көлемдерінің қосындысына тең, демек көлем аддитивті болады. Аддитивті қасиет ертінді құрамына пропорционал болады: у=уАСА+уВСВ (1) у-А және В компонеттерінен тұратын ертіндінің аддитивті қасиеті; yA-A – затының таза күйіндегі қасиеті; СА-А- затының ертіндідегі концентрациясы; уВ және СВ-В - затының таза күйіндегі қасиеті мен ертіндідегі концентрациясы. Кейде ертінді қасиеттің өзі емес, оның қандай да бір функциясы жоғарыдағы аддитивтілік теңдеуге (1-түзу сызықтың теңдеуі) бағынады. Мысалы, қасиеттің логарифмдері түзу сызықтың теңдеуіне бағынады: lgy=CAlgyA+CBlgyB ( ) Cөйтіп ертіндінің түзілуі физикалық процестердің нәтижесінде болса, оның қасиеттері аддитивті қасиеттерге жатады. Ал ерітінді хими ялық процестердің нәтижесінде түзілсе, оның қасиеті аддитивті заңдылықтан ауытқиды. Ертінді түзілген міндетті түрде жылу алмамасуы байқалады . Бұдан ертіндінің түзілуі химиялық процеске жақын екендігін көреміз. Бірақ химиялық реакцияда заттар бір-бірімен белгілі бір қатынаста (стехиометриялық коэффиценттер) әрекеттесетін болса, ерітінді түзгенде олар кез келген мөлшерде араласады. Бұл жағдай әдетте физикалық процеске тән. Сонымен қатар ертіндінің қасиеттері көбінесе аддитивті өзгереді. Бұл жағдай ертінді қасиеттерінің ерітіндідегі бөлшектердің санына тәуелді екендігінің белгісі. Сөйтіп ерітінділердің түзілуін физикалық тұрғыдан да қарастыруға болады. Көп жағдайда ертінділер түзілгенде жылу бөлініп, олардың қасиеттерінің аддитивтіліктен ауытқуы ерітіндіге химиялық тұрғыдан қарауды қажет етеді. Осыған байланысты Менделеев ертінділердің химиялық теориясын ұсынды, яғни заттар араласып ерітінді түзгенде олар өзара химиялық әрекеттесуге түседі. Және Менделеев көзқарасы бойынша ертіндіде өтетін процестер динамикалық процестер болып, олар массалар әрекеттесу заңына бағынады. Ерітінді ең кемінде екі компоненттен тұрады, олардың біреуі еріткіш ретінде алынады. Еріткіш болып мөлшері артық компонент саналады. Ал егер ерітіндіде қатты, газ немесе сұйық зат ерітілген болса, еріткіш ретінде агрегаттық күйі түзілген ерітінді күйімен бірдей компонент алынады. Бірақ термодинамикалық тұрғыдан қарағанда ерітіндідегі компоненттердің бәрі тең бағалы, сондықтан еріген зат немесе еріткіш дейтін ұғымдар тек шартты түрде қолданылады. Ерітіндіде компоненттердің мөлшері әр түрлі өлшемдермен беріледі, соған байланысты ерітіндінің құрамы мольдік үлестермен не молялдық концентрациялармен, т.б. берілуі мүмкін. Төмендегі кестеде ерітінді концентрациясының әр түрлі өлшем бірліктерінің арасындағы байланыстар берілген. 4-кесте
-еріген заттың молекулалық массасы; -еріткіштің молекулалық массасы; р-ерітіндінің тығыздығы. Қазіргі кезде ертінділердің Менделеев негізін салған химиялық теориясы ойдағыдай дамуда. Спектральдық, термохимиялық, электрохимиялық және т.б. әдістер ертінділерді зерттеуді жоғарғы сатыға көтерді. Ертінділер теориясын дамытуға Қазақстан ғалымы академик М.И.Усанович көп үлес қосты. Ол ертінділердің идеал ертінді болуы концентрацияға тәуелді емес және де өте сұйытылған ертінділер де идеалдықтан ауытқуы мүмкін деп тапты. Идеалдықтан ауытқу ертінділерде өтетін процестерге байланысты. Оларға ассоциация, диссоциация, химиялық қосылыс түзілу, комплексті қосылыс түзілу, т.б. процестер жатады. Егер ертінді түзетін компоненттердің арасында мұндай процестер өтпесе концентрлі ертінділер де идеал ертінділердің заңдарына бағынады деді. Парциалды мольдік шамалар Жүйе қасиеттері экстенсивті және интенсивті болып бөлінетіні белгілі. Тепе-теңдіктегі жүйелердің интенсивті қасиеттері зат мөлшеріне тәуелсіз, тұрақты мәнде болады. Оларға температура, қысым, концентрация, мольдік көлем , т.б. мольдік қасиеттер жатады. Экстенсивті қасиеттер зат мөлшеріне пропорционал, жүйенің массасына тәуелді. Оларға энтальпия, көлем, жылу сыйымдылық және басқалар жатады. Жүйе компоненттерінің массасын тұрақты температурада n есе көбейтсек интенсивті қасиеттер өзгермейді, ал экстенсивті қасиеттер (жалпы көлем, жылу сыйымдылық, т.б. ) n-есе өседі. Мұндай байланыстағы шамаларды математика тілінде бірінші дәрежелі біркелкілік функциялар деп атайды. Мысалы, f(х,у)-біркелкілік функция болса, онда f(к х,к у)=к n f(х,у) (3) Функция біркелкілік болған кезде оның аргументтерін тұрақты көбейткішке көбейтсе функцияның өзі де осы көбейткіштің n дәрежелі мәніне көбейтіледі (жоғарыда n=к). n -біркелкіліктің дәрежесі деп аталады. Экстенсивті қасиеттің компоненттер массаларына қатынасы біркелкілік функция болады. Оның біркелкілік дәрежесі n-бірге тең (n=1). Біркелкілік функциялар Эйлер теоремасына бағынады. Егер біркелкілік функция f(х,у) болса, оның толық дифференциалы: df=( f/ x) dx+( f/ y)dy (4) Эйлер теоремасы бойынша: df=( f/ x) x=( f/ y)у=n f(x,y) (5) Мынадай бір мысалды құрастырайық. Ертіндінің экстенсивті қасиеті qжалпы дейік. Бұл ертіндіде бірінші компоненттің мөлшері n1, екінші компоненттікі-n2, үшінші компоненттікі- n3 және с.с. болсын, сонда qжалпы=f(n1, n2,n3 ,,, n1) (6) ал dq жалпы==( f/ n1)Р,Т,njdn1+( f/ n2)Р,Т, njdn2+... (7) Ертіндінің құрамы тұрақты nj дегенде өте көп мөлшердегі ертіндіге і-компонентіндегі 1 молін қосқаннан ертіндінің құрамы өзгермейді деп есептеледі. Эйлер теоремасы бойынша (3) –теңдеуді түрлендірсек qжалпы=( qжалпы/ n1) Р,Т, nj n1+ n1+( qжалпы/ n2) Р,Т, nj n2+... (8) Бұл теңдеудегі туындыларды қарастырсақ, олар қысым, температура және ертіндінің құрамы тұрақты болған кездегі ертіндінің экстенсивті қасиетінің моль сандар бойынша алынған туындылары. Бұларды парциал мольдік немесе парциалды мольдік шамалар деп атайды. Парциалды мольдік шаманы деп әріптің үстіне горизонталь сызықша қойып белгілейді: жүктеу/скачать 1,53 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
| ||||||||||||||||||||||||||||||