Upload
radwan
View
59
Download
0
Embed Size (px)
DESCRIPTION
Chemie anorganických materiálů I. Martin Míka Ústav skla a keramiky A14, A15 2 2044 4102. Obsah následujících přednášek. A. Termodynamika rovnovážných stavů B. Chemická rovnováha. Literatura. V.Šatava: Fyzikální chemie silikátů I. V.Šatava: Úvod do fyz. chem. silikátů - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
Chemie anorganických materiálů I.
Martin MíkaÚstav skla a keramikyA14, A1522044 4102
Obsah následujících přednášek
A. Termodynamika rovnovážných stavů
B. Chemická rovnováha
Literatura
V.Šatava: Fyzikální chemie silikátů I.
V.Šatava: Úvod do fyz. chem. silikátů
P.Atkins: Physical Chemistry
V.I.Babushkin: Thermodynamics of Silicates
Význam TD
• TD umožňuje předpovídat těžce měřitelné veličiny z veličin snadněji měřitelných
• Předpověď rovnovážného stavu pro danou soustavu
• Soustava mimi rovnováhu -> děje vedoucí k rovnováze
• Nastavení technologie výroby (dosažení reprodukovatelnosti)
Rozdělení TD
Hmotné těleso
soustava bodů kontinuum
Statistická TD Fenomenologická TD
Krystaly spinelu
Soustava bodů - atomů
Rozdělení TD
Hmotné těleso
soustava bodů kontinuum
Statistická TD Fenomenologická TD
Stav tělesa
Veličiny - charakterizují stav tělesa
Extenzivní Intenzivní
V, m, U, S … aditivní T, P, ρ, v … nejsou aditivní
Stavy tělesa
Intenzivní veličiny
Homogenní Nehomogenní
Nezávisí na poloze Závisí na poloze
- plyn, kapalina, krystal v termostatu
- v tělese je gradient teploty, hustoty nebo koncentrace
Př.
Rozdělení procesů
Proces – posloupnost stavů tělesa seřazených v čase
Homogenní proces – posloupnost homogenních stavů
Heterogenní proces – posloupnost heterogenních stavů
Termodynamika – studium procesů probíhajících v tělesech,které si s okolím vyměňují teplo a působí na ně vnější síly
Působení vnějších sil
L … výkon vnějších sil [J/s]K … kinetická energie tělesa [J]W… akumulovaná energie [J/s]WKL
KL
WL
0W
0K
Ideální mechanický dějZkoumáno mechanikou
Nehybné těleso-akumulaceZkoumáno termodynamikou
I. věta termodynamická
- zákon zachování energie – rychlost růstu U
WQU
U - vnitřní energie [J]Q – teplý tok do tělesa [J/s]
Interakce tělesa s okolím
Izolované těleso – nevyměňuje teplo, práci ani hmotu
Uzavřené těleso – vyměňuje teplo a práci, ale ne hmotu
Otevřené těleso – vyměňuje teplo, práci a hmotu
EntropieSamovolné děje (vedení tepla, difúze, chem. reakce)- probíhají nevratně (irreverzibilně)-vždy v určitém směru
MS
M – tok entropie z okolí do tělesa [J/(s.K)] - produkce entropie uvnitř tělesa [J/K]
Entropie S - míra samovolnosti (irreverzibility) děje
Entropie
Samovolné děje 0 Γ
T – termodynamická teplota [K]
0 Γ
Vratné děje
TQ
S Clausius- rovnovážná
entropie tělesa
II. věta termodynamická
TQ
S
Clausius – Planckova rovnice
Disipační princip
Klasické TD těleso
Homogenní, uzavřené plynné těleso nebo bezviskózní kapalina
VPW P - vnější tlak [Pa]
QVPU
STVPU
Gibbsova energie
PVTSUG
PVTSG
P)(T,SS P),(T,VV P),(T,GG
Gibbsova energie
TSHG PVUH TSPVUG
012 GGG
Rovnováha 0G
Hnací síla samovolného děje
Model směsi
• Vystižení chemických reakcí
• Model kontinua - každá složka je kontinuum
• Vlastnost směsi je důsledkem vlastností složek
• Charakterizace složením směsi - xi
Chemický potenciál
),,( inPTfG Směs
VPG
inT
,i
nPTiij
nG
,,
STG
inP
,
Fázová rovnováha
riiiiii ...1.....321
mrf 2Gibbsovo fázové pravidlo
f - počet stupňů volnosti je počet nezávislých intenzivních proměnných, které je možné měnit aniž by se změnil počet fází
r - počet složekΦ- počet fázím- počet omezujících podmínek
Fázová rovnováha - 1 složka
Pevná látka - kapalina
NasycenáNenasycená Přesycená
fusGk < 0
me ss
fusGk = 0 fusGk > 0
Gme=f(xi) Gss=f(xi) i=2; [T, P]
Jednosložkový systém
),( PTgnG
dd
vdPsdTdPP
dTT
d
vs
dTdP
Clapeyronova rovnice
vTh
dTdP
2
lnRTh
dTPd
Clausius-Clapeyronova rce:
Pevná látka-kapalina
1
T1
P1
vTh
dTdP
1
212 T
Tln
ΔvΔh
PP
Kapalina-plyn
21
11
12TTR
h
ePP
2
lnRTh
dTPd
211
2 11ln
TTRh
PP
1
T1
P1
Jednosložkový systém
Jednosložkový systém
Jednosložkový systém
Stabilní Modifikace
Fázový diagram ZrO2
Metastabilní Modifikace
Fázový diagram 2CaO.SiO2
Fázový diagram SiO2
Fázový diagram SiO2
SiO2 za vysokého tlaku
Přeměny SiO2
Strukturní přeměny
Přeměny SiO2
Objemové změny SiO2
Přeměny vyšších řádů
I. řádu II. řádu
TT
TT
Přeměny vyšších řádů
Přeměny druhého řádu
Tv
v 1
T
c
Th
TTs
Tp
1
2
2
vPv
P.2
2
Pv
v 1
v
T
v
P
s
TP
2
Koeficient izotermní objemové stlačitelnosti
Koeficient objemovéroztažnosti
Přeměny vyšších řádů
Tv
c
Tv
T
c
vTh
vs
dTdP pp