Post on 20-Oct-2015
description
10/27/2013
1
KOLIGATIVNE OSOBINE MATERIJE
FIZIČKA HEMIJA 2013/2014
Rastvori
Rastvori su jednofazni (homogeni) sistemi koji se sastoje od dve ili više komponenti.
Prema agregatnom stanju, rastvori mogu biti gasoviti (gasne smeše), tečni( gasovi, tečnosti i čvrste supstance u tečnosti) i čvrsti (rastvori metala ili jedinjenja u čvrstoj fazi).
Svaki rastvor se sastoji od rastvorene supstance B ili rastvorka i rastvarača A.
Relativno učešće komponenata u rastvoru
Pri dodavanju rastvorka rastvaraču, osobinerastvarača se modifikuju.• Napon pare -opada• Tačka mržnjenja -opada• Tačka ključanja- raste• Osmoza je moguća (osmotski pritisak)Ove promene se zovu KOLIGATIVNEOSOBINE.Ove osobine zavise samo od BROJA česticarastvorka a ne i od PRIRODE I VRSTErastvorenih čestica.
KOLIGATIVNE OSOBINE
Definicija:Koligativne osobine su one osobine
razblaženih rastvora koje zavise samo
od broja čestica u sistemu, ali ne i od
njihove prirode.
KOLIGATIVNE OSOBINE
U koligativne osobine spadaju:
sniženje napona pare
povišenje tačke ključanja
sniženje tačke mržnjenja
osmoza
10/27/2013
2
Sniženje napona pare Početkom XIX veka naučnici su zapazili da prirastvaranju neke supstancije u rastvaračudolazi do snižavanja njegovog napona pare.
Von Babo je 1847. utvrdio da je relativnosniženje napona pare, isto za sve rastvore iste koncentracije, nezavisno od, prirode rastvarača itemperature.
F. Raoult je eksperimentalnim merenjimadošao do zaključka da je relativno sniženjenapona pare jednako molskojfrakciji rastvorene supstancije x2
00 /)( ppp
2
00 /)( xppp
Isparavanje:Proces dovodjenja toplote tečnommaterijalu Dovođenjem toplote tečnosti, njena temperatura
raste. Sa porastom temperature neki odmolekula imaju dovoljnu EK da mogu da se“oslobode” i pređu u gasnu fazu. Sa porastomtemperature, broj takvih molekula raste.
Pritisak koji molekuli tečnosti proizvode iznadtečne faze naziva se NAPON PARE. Napon parepotiskuje atmosferu i tečnost isparava.
Viša temperatura, veća kinetička energija , brže isparavanje
Napon pare u ravnoteži
10/27/2013
3
Porast napona pare sa temperaturom
Tačka ključanja je temperatura na kojoj naponpare dostiže pritisak od 1atm, odnosno,atmosferski pritisak (lokalni).
Fazni dijagram vode ima nekolikospecifičnosti!
Nastanak mraza- kada temperatura vlažnog vazduha pada i para se kondenzujeu tečno stanje nastaje rosa. Daljim spuštanjem temperature, rosa očvršćava inastaje mraz.Nastanak inja- kada je vlažnost vazduha vrlo niska (za vreme hladnih zimskihdana) sniženje temperature vodi pravo iz područja pare u područje čvrste faze.Vodena para direktno očvršćava u led, odnosno, inje.
TečnoČvrsto
Pri
tisa
k
topljenje
očvršćavanjekritična
tačka
10/27/2013
4
10/27/2013
5
Smeše
Većina materija kojesvakodnevno srećemonisu čiste supstance,već naprotiv smeše.
Zato je neophodno naćinačin da se konciznoprikazuju fizičkepromene koje se usmešama dogadjaju, kaoi zavisnost tih promenaod sastava smeša. Tajnačin je -konstruisanjefaznih dijagrama smeša.
Fazni dijagram tečno-gas;Raoult-ov zakon
10/27/2013
6
10/27/2013
7
Destilacija
10/27/2013
8
Azeotropna smeša sa minimalnom tačkom ključanja
primer: n- propanol-voda
Smeša sa 0,72 molskih udela propanola ima maksimalan napon pare i minimalnu temperaturu ključanja. Ova smeša ključa na stalnoj temperaturi od 88˚C ne menjanjući sastav (azeotropna smeša).
Pri destilaciji smeša sa manje od 0,72 molskih udela n-propanola (sastav levo od tačke Q na slici 5.13), data količina alkohola uzima iz rastvora odgovarajuću količinu vode, gradi azeotropnu smešu, koja odlazi u parnom stanju prva, jer ima najnižu temperaturu ključanja. Tečna faza u balonu ostaje sa sve više vode i njena temperatura postepeno raste.
Ako smeša sadrži više n-propanola nego što to odgovara sastavu azeotropne smeše (sastav desno do tačke Q na slici 5.13), opet prva odlazi para sastava azeotropne smeše na najnižoj temperaturi ključanja, dok u balonu ostaje višak n-propanola i tempetarura ključanja postepeno raste
Prema tome smeša n-propanol-voda može se razdvojiti frakcionom destilacijom na azeotropsku smešu i onaj konstituent koji je u višku (u odnosu na sastav azeotropske smeše).
10/27/2013
9
Azeotropna smeša sa maksimalnom temperaturom ključanja
Napon pare nekih tečnosti koje se potpuno mešaju manji je nego napon pare idealnih sistema.
Ovu pojavu pokazuju one smeše kod kojih su sile između različitih molekula veće od sila između istih molekula.
Zato pri mešanju tečnosti zapremina se smanjuje i oslobađa toplota. Ako su odstupanja od Raulovog zakona dovoljno velika na krivoj ukupnog napona pare može se javiti minimum.
Azeotropna smeša sa maksimalnom temperaturom ključanja
primer: aceton i hloroform hloroform je teže
isparljiva komponenta.
Smeša sa 0,63 molskih udela hloroforma, kojoj odgovara minimum napona pare, ima maksimalnu temperaturu ključanja (tačka p na krivoj).
Pri destilaciji smeše koja sadrži manje od 0,63 molskih udela hloroforma (sastav levo od tačke p), para koja nastaje sadrži više acetona nego tečna faza
Zbog toga tečna faza postaje sve bogatija u hloroformu (temperatura ključanja raste) dok ne dostigne sastav od 0,63 molskih udela hloroforma. Posle toga tečna faza destiluje ne menjajući sastav na maksimalnoj temperaturi ključanja (tačka p na krivoj).
Ako destiluje smeša sa više od 0,63 molskih udela hloroforma (sastav desno od tačke p) para sadrži više hloroforma nego tečna faza. Zbog toga se sadržaj u tečnoj fazi smanjuje (temperatura ključanja raste) dok ne padne na 0,63 molskih udela hloroforma. Posle toga tečna faza destiluje ne menjajući sastav na maksimalnoj temperaturi ključanja (tačka p na krivoj)
Smeša koja ima stalnu temperaturu ključanja i koja destiluje na menjajući sastav naziva se azeotropska smeša.
Pri destilaciji takvih smeša finalni proizvod je uvek azeotropna smeša stalnog sastava (koja preostaje u balonima za destilaciju).
Komponente se iz sastava koji odgovara azeotropnoj smeši ne mogu odvojiti putem destilacije.
10/27/2013
10
Praktična primena STM i PTK
Etilen glikol u automobilskimhladnjacima služi kaoantifriz u zimskimuslovima jer snižavatačku mržnjenja sredstava za hlađenje
Ista supstanca, etilen glikol, takođe pomaže u sprečavanjuključanja u vrelimletnjim danima.
Praktična primena STM
Natrijum hlorid ili kalcijum hlorid se posipaju po zaleđenim putevima ili aerodromskim pistama zimi da bi snizili tačku mržnjenja leda i snega ispodtemperature okolnog vazduha.
Smeša NaCl i vode (23,3%) - ledi se na -21,2°C, zato posipamo so zimi poulicama
Praktična primena STM
Sladoled se ne topi kao led.
• Led ostaje u čvrstom stanju dok se topi.
• Sladoled postepeno postaje mekši i mekši
Led je čista supstanca dok je sladoled smesa u
kojoj postoje druge supstance koje sprečavaju
smrzavanje vode. Zato se treba ohladiti ispod 0°C
da bi došlo do smrzavanja.
• Oko 30% vode u sladoledu nikada ne mrzne zbogvisokog nivoa otopljenih čvrstih supstanci kao što su šećer, masti i proteini.
Praktična primena STMVoda se raspršuje na citrusno voće kao preventivna mera kod
iznenadnih mrazeva.
Mržnjenjem vode oslobađa se toplota topljenja, a nastali sloj
leda služi kao termalni izolator.
Jedno vreme temperatura ostaje na 0°C.
Sok u voću koji ima tačku mržnjenja ispod 0°C, zaštićen je od
smrzavanja.
Praktična primena STMPovećan nivo glukoze u njenoj krvi i
ćelijama služi kao «antifriz» -
Praktična primjena
STM sprečava vodu od mržnjenja i
omogućava joj da može preživeti
pri niskoj telesnoj
temperaturi od -
8°C.
10/27/2013
11
Osmoza Osmoza
Čist rastvarač rastvor
Pritisak veći od
¶ rastvora
Ako se posuda koja je povezana sa živinimmanometrom napunirastvorom i zatvori, a zatim spusti u čistrastvarač, tada usledosmoze rastvarač prodireu rastvor kroz membranustvarajući pritisak koji se meri manometrom.
Ovaj pritisak kojim trebadelovati na rastvor da bi se sprečio prolazakrastvarača u rastvor krozpolupropustljivu membranunaziva se osmotskimpritiskom.
Feferovi eksperimenti nisu bili savršeni ali su ipakposlužili kao eksperimentalna osnova Van’t Hofu zauočavanje analogije u ponašanju gasova i razblaženihrastvora Zaključak o proporcionalnosti osmotskog pritiska sakoncentracijom razblaženog rastvora analogan jeBojl-Mariotovom zakonu za gasove
ΠVm = const1
Proporcionalnost osmotskog pritiska sa temperaturomznači da se Šarlov zakon može primeniti na razblaženerastvore:
Π/T = const2
10/27/2013
12
Kombinovanjem ova dva izraza dolazi se do izraza:
ΠVm = const⋅ T
Van’t Hof je pokazao da konstanta u gornjoj jednačini, odgovara vrednosti molarne gasne konstante R.
Do ovog zaključka je došao poredići osmotski pritisaksaharoze i gasni pritisak vodonika pri istoj temperaturi iistim koncentracijama.
ΠVm = RT Π = CM RT
Van’t Hof-ova jednačina
10/27/2013
13
osmozaRastvori gasova u tečnostimaRastvorljivost gasova i Henrijev zakon
Rastvorljivost gasa u nekom rastvaraču
zavisi :kako od prirode gasa tako i od prirode rastvarača.
Pošto je sistem dvokomponentan i dvofazan, prema pravilu faza ima dva stepenaslobode, što znači da rastvorljivostgasova zavisi od dva intenzivna faktora, od temperature i pritiska
Uticaj temperature na rastvorljivostgasa se može izraziti kvantitativnona sledeći način:
Zavisnost apsorpcionog koeficijenta
od temperature:
Henrijev zakon
Henri (W. Henry, 1803) je pokazao kroz nizeksperimenata da je masa gasa rastvorena uu određenoj zapremini rastvarača srazmerna pritisku gasa iznad rastvora, u stanjuravnoteže između gasa i tečnosti
m = kP
gde je k- konstanta koja zavisi od prirode gasa i rastvarača, temperature i jedinica u kojima su izražena rastvorljivost i pritisak.
10/27/2013
14
Može se pokazati da je Henrijev
zakon poseban slučaj, opšteg zakona
raspodele i Raulovog zakona.
Stoga se Henrijev zakon može izraziti i u obliku dau razblaženom rastvoru napon pare isparljiverastvorene supstancije je srazmeran njenommolskom udelu. Ako je zakon primenljiv u čitavom području koncentracija, tada je:
Raulov i Henrijev zakon
što predstavlja Raulov zakon primenjenna isparljivu komponentu.
Može se zaključiti da je Henrijev zakon poseban slučaj Raulovogzakona, pri čemu uvek kada važiRaulov zakon za neku supstanciju zanju mora važiti i Henrijev zakon, dokobrnuto ne važi.
10/27/2013
15
Da ponovimo...Klizač koji se kliza na ledu:
• A) smanjuje temperaturu topljenja leda• B) povećava temperaturu topljenja leda• C) ne menja temperaturu topljenja leda
Klizanjem, stvara se sloj tečne vode kojom seklizaljka podmazuje. Voda nastaje zbogvelikog pritiska na ivici klizaljke koji snižavatemperaturu topljenja (mržnjenja) vode bar do temperature okoline, dok toplota trenjaomogućava faznu transformaciju u tečnostanje
Da ponovimo...
Smeša rombičnog i monokliničnog
sumpora- koliko je faza?
a) jedna
b) dve
c) tri
10/27/2013
16
Da ponovimo...
Koliko je komponenti i faza u sistemu?
CaCO3 (č) ↔ CaO (č) +CO2 (g)
k=______, f=___________
Da ponovimo...
Sistem je monovarijantan kada ima:
A) jednu fazu
B) jednu komponentu
C) jedan stepen slobode
Da ponovimo...
Intenzivne veličine (P, t, c) kojeodređuju stanje sistema zovu se:
a) faze
b) komponente
c) stepeni slobode
Da ponovimo…
Kuvate kafu: hoće li pre prokuvati
zašećerena ili čista voda?