Chemie anorganických materiálů I.

transcript

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

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

Ideální mechanický dějZkoumáno mechanikou

Nehybné těleso-akumulaceZkoumáno termodynamikou

I. věta termodynamická

- zákon zachování energie – rychlost růstu U

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

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]

Vratné děje

S Clausius- rovnovážná

entropie tělesa

II. věta termodynamická

Clausius – Planckova rovnice

Disipační princip

Klasické TD těleso

Homogenní, uzavřené plynné těleso nebo bezviskózní kapalina

VPW P - vnější tlak [Pa]

Gibbsova energie

PVTSUG

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

nPTiij

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

fusGk = 0 fusGk > 0

Gme=f(xi) Gss=f(xi) i=2; [T, P]

Jednosložkový systém

),( PTgnG

vdPsdTdPP

Clapeyronova rovnice

Clausius-Clapeyronova rce:

Pevná látka-kapalina

ΔvΔh

Kapalina-plyn

2 11ln

Jednosložkový systém

Stabilní Modifikace

Fázový diagram ZrO2

Metastabilní Modifikace

Fázový diagram 2CaO.SiO2

Fázový diagram SiO2

SiO2 za vysokého tlaku

Přeměny SiO2

Strukturní přeměny

Přeměny SiO2

Objemové změny SiO2

Přeměny vyšších řádů

I. řádu II. řádu

Přeměny druhého řádu

Koeficient izotermní objemové stlačitelnosti

Koeficient objemovéroztažnosti

dTdP pp

Chemie anorganických materiálů I.

Documents