>>Fizika: sočiųjų garų slėgio priklausomybė nuo temperatūros. Virimas
Skystis ne tik išgaruoja. Jis verda tam tikroje temperatūroje.
Sočiųjų garų slėgis, palyginti su temperatūra. Sočiųjų garų būsena, kaip rodo patirtis (apie tai kalbėjome ankstesnėje pastraipoje), apytiksliai apibūdinama idealių dujų būsenos lygtimi (10.4), o jos slėgis nustatomas pagal formulę.
Kylant temperatūrai, didėja slėgis. Nes Sočiųjų garų slėgis nepriklauso nuo tūrio, todėl priklauso tik nuo temperatūros.
Tačiau priklausomybė r n.p. iš T, rastas eksperimentiškai, nėra tiesiogiai proporcingas, kaip idealiose pastovaus tūrio dujose. Kylant temperatūrai, tikrų sočiųjų garų slėgis didėja greičiau nei idealių dujų slėgis ( pav.11.1, kreivės atkarpa AB). Tai tampa akivaizdu, jei per taškus nubrėžiame idealių dujų izochoras BET Ir IN(punktyrinės linijos). Kodėl tai vyksta?
Kaitinant skystį uždarame inde, dalis skysčio virsta garais. Dėl to pagal (11.1) formulę sočiųjų garų slėgis didėja ne tik dėl skysčio temperatūros padidėjimo, bet ir dėl padidėjusios garų molekulių koncentracijos (tankio).. Iš esmės slėgio padidėjimą didėjant temperatūrai lemia būtent koncentracijos padidėjimas. Pagrindinis idealių dujų ir sočiųjų garų elgsenos skirtumas yra tas, kad kintant garų temperatūrai uždarame inde (arba kintant tūriui esant pastoviai temperatūrai), pasikeičia garų masė. Skystis iš dalies virsta garais arba, atvirkščiai, iš dalies kondensuojasi. Nieko panašaus neįvyksta su idealiomis dujomis.
Kai visas skystis išgaruoja, toliau kaitinant garai nustos būti sotūs, o jų slėgis esant pastoviam tūriui padidės tiesiogiai proporcingai absoliučiai temperatūrai (žr. pav.11.1, kreivės atkarpa Saulė).
.
Kylant skysčio temperatūrai, didėja garavimo greitis. Galiausiai skystis pradeda virti. Verdant visame skysčio tūryje susidaro greitai augantys garų burbuliukai, kurie išplaukia į paviršių. Skysčio virimo temperatūra išlieka pastovi. Taip yra todėl, kad visa skysčiui tiekiama energija išleidžiama jį paverčiant garais. Kokiomis sąlygomis prasideda virimas?
Skystyje visada yra ištirpusių dujų, kurios išsiskiria ant indo dugno ir sienelių, taip pat ant skystyje pakibusių dulkių dalelių, kurios yra garavimo centrai. Burbuliukų viduje esantys skysčio garai yra prisotinti. Kylant temperatūrai, didėja garų slėgis ir didėja burbuliukų dydis. Veikiami plūduriuojančios jėgos, jie plūduriuoja aukštyn. Jei viršutinių skysčio sluoksnių temperatūra žemesnė, tai šiuose sluoksniuose burbuliukuose kondensuojasi garai. Slėgis greitai krenta ir burbuliukai susitraukia. Griūtis yra tokia greita, kad burbulo sienelės, susidūrusios, sukelia kažką panašaus į sprogimą. Daugelis šių mikrosprogimų sukuria būdingą triukšmą. Kai skystis pakankamai įšyla, burbuliukai nustoja byrėti ir išplaukia į paviršių. Skystis užvirs. Atidžiai stebėkite virdulį ant viryklės. Pamatysite, kad prieš verdant jis beveik nustoja kelti triukšmą.
Sočiųjų garų slėgio priklausomybė nuo temperatūros paaiškina, kodėl skysčio virimo temperatūra priklauso nuo slėgio jo paviršiuje. Garų burbulas gali augti, kai jo viduje esančių sočiųjų garų slėgis šiek tiek viršija slėgį skystyje, kuris yra oro slėgio skysčio paviršiuje (išorinio slėgio) ir skysčio kolonėlės hidrostatinio slėgio suma.
Atkreipkime dėmesį į tai, kad skystis išgaruoja esant žemesnei nei virimo temperatūrai ir tik nuo skysčio paviršiaus, verdant garai susidaro visame skysčio tūryje.
Virimas pradedamas esant tokiai temperatūrai, kuriai esant sočiųjų garų slėgis burbuliukuose yra lygus slėgiui skystyje.
Kuo didesnis išorinis slėgis, tuo aukštesnė virimo temperatūra. Taigi garo katile, kurio slėgis siekia 1,6 10 6 Pa, vanduo neužverda net 200°C temperatūroje. Medicinos įstaigose hermetiškai uždarytuose induose - autoklavuose ( pav.11.2) vanduo taip pat užverda esant padidintam slėgiui. Todėl skysčio virimo temperatūra yra daug aukštesnė nei 100°C. Autoklavai naudojami chirurginiams instrumentams sterilizuoti ir kt.
Ir atvirkščiai, sumažindami išorinį slėgį, sumažiname virimo temperatūrą. Iš kolbos išsiurbdami orą ir vandens garus galite užvirti vandenį kambario temperatūroje ( pav.11.3). Lipant į kalnus atmosferos slėgis mažėja, todėl mažėja ir virimo temperatūra. 7134 m aukštyje (Lenino viršūnė Pamyre) slėgis yra maždaug 4 10 4 Pa (300 mm Hg). Vanduo ten užverda apie 70°C. Tokiomis sąlygomis mėsos kepti neįmanoma.
Kiekvienas skystis turi savo virimo temperatūrą, kuri priklauso nuo jo sočiųjų garų slėgio. Kuo didesnis sočiųjų garų slėgis, tuo žemesnė skysčio virimo temperatūra, nes žemesnėje temperatūroje sočiųjų garų slėgis tampa lygus atmosferos slėgiui. Pavyzdžiui, esant 100 ° C virimo temperatūrai, sočiųjų vandens garų slėgis yra 101 325 Pa (760 mm Hg), o gyvsidabrio garų - tik 117 Pa (0,88 mm Hg). Gyvsidabris verda 357°C esant normaliam slėgiui.
Skystis užverda, kai jo sočiųjų garų slėgis tampa lygus slėgiui skysčio viduje.
???
1. Kodėl virimo temperatūra didėja didėjant slėgiui?
2. Kodėl verdant būtina didinti sočiųjų garų slėgį burbuliukuose, o ne didinti juose esančio oro slėgį?
3. Kaip padaryti, kad skystis užvirtų aušinant indą? (Tai sudėtingas klausimas.)
G.Ya.Myakishev, B.B.Bukhovtsev, N.N.Sotsky, fizika 10 klasė
Pamokos turinys pamokos santrauka paramos rėmo pamokos pristatymo pagreitinimo metodai interaktyvios technologijos Praktika užduotys ir pratimai savianalizės seminarai, mokymai, atvejai, užduotys namų darbai diskusija klausimai retoriniai mokinių klausimai Iliustracijos garso, vaizdo klipai ir daugialypės terpės nuotraukos, paveikslėliai grafika, lentelės, schemos humoras, anekdotai, anekdotai, komiksai, palyginimai, posakiai, kryžiažodžiai, citatos Priedai tezės straipsniai lustai smalsiems cheat sheets vadovėliai pagrindinis ir papildomas terminų žodynas kita Vadovėlių ir pamokų tobulinimasklaidų taisymas vadovėlyje pamokoje naujovių elementų atnaujinimas vadovėlyje pasenusių žinių pakeitimas naujomis Tik mokytojams tobulos pamokos kalendorinis planas metams diskusijų programos metodinės rekomendacijos Integruotos pamokosJei turite šios pamokos pataisymų ar pasiūlymų,
Norėdami naudoti pristatymų peržiūrą, susikurkite „Google“ paskyrą (paskyrą) ir prisijunkite: https://accounts.google.com
Skaidrių antraštės:
Sotūs garai. Sočiųjų garų slėgio priklausomybė nuo temperatūros. Drėgmė. Guseva N.P. SM vidurinė mokykla Nr. 41, Saratovas
GARAVIMAS Medžiagos perėjimo iš skystos būsenos į dujinę būseną procesas yra garavimas; atvirkštinis procesas vadinamas kondensacija; Garavimas vyksta esant bet kokiai temperatūrai, išskyrus absoliučią nulį; skysčio garavimo greitis priklauso nuo temperatūros, išgaruojamo paviršiaus ploto, skysčio rūšies ir vėjo.
VIRIMAS – garavimo procesas, vykstantis visame skysčio tūryje. Virimo temperatūra yra tokia skysčio temperatūra, kuriai esant jo sočiųjų garų slėgis yra lygus išoriniam slėgiui arba didesnis už jį. Norint palaikyti virimą, skysčiui turi būti tiekiama šiluma, kuri išleidžiama garinimui, nes garų vidinė energija didesnė už tos pačios masės skysčio vidinę energiją. Virimo proceso metu skysčio temperatūra išlieka pastovi.
Garai yra dujos, susidarančios iš išgaravusių skysčių molekulių. Jai tinka lygtis p \u003d nkT Pagrindinis idealių dujų ir sočiųjų garų elgsenos skirtumas: kai kinta garų temperatūra uždarame inde (arba kai tūris keičiasi esant pastoviai temperatūrai), kinta garų masė. Skystis iš dalies virsta garais arba, atvirkščiai, iš dalies kondensuojasi. Nieko panašaus neįvyksta su idealiomis dujomis.
Pagrindinė sočiųjų garų savybė yra ta, kad garų slėgis esant pastoviai temperatūrai nepriklauso nuo tūrio. Kai išgaruos visas skystis, toliau kaitinant garai nustos būti sotūs ir jų slėgis esant pastoviam tūriui padidės tiesiogiai proporcingai absoliučiai temperatūrai (žr. 11.1 pav., BC kreivės pjūvis). p = nkT
Kokiomis sąlygomis prasideda virimas? Skystyje visada yra ištirpusių dujų, kurios išsiskiria ant indo dugno ir sienelių, taip pat ant skystyje pakibusių dulkių dalelių, kurios yra garavimo centrai. Burbuliukų viduje esantys skysčio garai yra prisotinti. Kylant temperatūrai, didėja garų slėgis ir didėja burbuliukų dydis. Veikiami plūduriuojančios jėgos, jie plūduriuoja aukštyn. Virimas prasideda, kai sočiųjų garų slėgis burbuliukų viduje tampa lygus ir didesnis už išorinį slėgį ir skysčio kolonėlės hidrostatinį slėgį.
Kuo didesnis išorinis slėgis, tuo aukštesnė virimo temperatūra. Taigi garo katile, kurio slėgis siekia 1,6 10 6 Pa, vanduo neužverda net 200°C temperatūroje. Medicinos įstaigose hermetiškai uždarytuose induose – autoklavuose (11.2 pav.) vanduo verda ir esant padidintam slėgiui. Todėl skysčio virimo temperatūra yra daug aukštesnė nei 100°C. Autoklavai naudojami chirurginiams instrumentams sterilizuoti ir kt.
Sumažindami išorinį slėgį, sumažiname virimo temperatūrą. Iš kolbos išsiurbdami orą ir vandens garus galite priversti vandenį užvirti kambario temperatūroje (11.3 pav.). Lipant į kalnus atmosferos slėgis mažėja, todėl mažėja ir virimo temperatūra. 7134 m aukštyje (Lenino viršūnė Pamyre) slėgis maždaug lygus (300 mm Hg). Vanduo ten užverda apie 70°C. Tokiomis sąlygomis mėsos kepti neįmanoma.
Koks procesas vadinamas garavimu? Kokie veiksniai turi įtakos skysčio garavimo greičiui? Koks procesas vadinamas kondensacija? Kaip paaiškinti garavimo procesus MKT požiūriu? Kodėl garavimą lydi skysčio temperatūros mažėjimas?
5. Kodėl verdant nekinta skysčio temperatūra, nors skystis ir toliau gauna energiją iš šildytuvo? 6. Kokia jėga iškelia burbuliukus į skysčio paviršių? 7. Ar galima užvirti vandenį žemesnėje nei 100°C temperatūroje?
ORO DRĖGMĖ Žemės atmosferoje yra 13 - 15 tūkst. km 3 vandens lašų, kristalų ir vandens garų pavidalu. Vandens garų kiekis ore vadinamas drėgme. Drėgmė apibūdinama: dalinis slėgis (p) – slėgis, kurį susidarytų vandens garai, jei nebūtų visų kitų dujų; santykinė drėgmė (φ) - tam tikros temperatūros ore esančių vandens garų dalinio slėgio p santykis su sočiųjų garų slėgiu p toje pačioje temperatūroje.
Orų prognozė nurodo santykinės drėgmės reikšmę procentais! Santykinė drėgmė rodo, kiek vandens garų kiekis ore yra prisotintas. Esant 100% santykinei oro drėgmei, ore yra sočiųjų vandens garų. Tiek per didelis sausas oras, tiek didelė drėgmė kenkia žmonių sveikatai. Patogiausia žmogui oro drėgmė yra 40-60 % ribose.
Paimkite uždarą indą, į kurį pilame vandenį. Vandenilio molekulės, turinčios didelį energijos rezervą, sugeba iš vandens paviršiaus išeiti į dujų fazę. Kai kurie iš jų gali grįžti atgal į vandenį. Laikui bėgant susidaro pusiausvyra tarp molekulių, išleistų į garus ir grąžintų į skystį, skaičiaus.
Garai, esantys pusiausvyroje su skysčiu, vadinami turtingas, o jo daromas slėgis vadinamas sočiųjų garų slėgis ( P° A).
P° A- sočiųjų garų slėgis ant gryno tirpiklio.
Dabar paimkime tą patį uždarą indą ir supilkime tirpalą, kuriame yra medžiagų A + B (nelakios) medžiagos molekulės į juostą neišeina, tirpiklio molekulės išeina. Išeina mažesnis tirpiklio molekulių skaičius, nes tirpale jų yra mažiau nei gryname tirpiklyje. Todėl pusiausvyra bus nustatyta esant mažesniam slėgiui.
P A yra tirpiklio sočiųjų garų slėgis virš tirpalo. Šis slėgis visada yra mažesnis už gryno tirpiklio sočiųjų garų slėgį ( P A< P° A ).
Remiantis šiais išgyvenimais Raulis Jis išvedė savo įstatymą, kuriame yra dvi įrašymo formos ir, atitinkamai, dvi formuluotės:
1) tirpiklio sočiųjų garų slėgis virš tirpalo yra tiesiogiai proporcingas tirpiklio molinei daliai. P A = P° A *N A
2) vietoj tirpiklio molinės frakcijos turite įvesti tirpios medžiagos molinę dalį
N A = 1-N B
P A = P° A *(1-N B)
N B =(P° A -P A)/ P° A
P° A – P A apibūdina tirpiklio sočiųjų garų slėgio sumažėjimą virš tirpalo.
Santykinis tirpiklio sočiųjų garų slėgio sumažėjimas virš tirpalo yra lygus tirpalo molinei daliai.
2) tirpalo virimo temperatūra - tai t, kai tirpiklio sočiųjų garų slėgis virš tirpalo tampa lygus išoriniam slėgiui.
AB charakterizuoja sočiųjų garų slėgio kitimą gryname tirpiklyje su t
CD apibūdina tirpiklio sočiųjų garų slėgio pokytį virš tirpalo, kurio koncentracija C m 1, kai t
C'D' apibūdina tirpiklio sočiųjų garų slėgio pokytį tirpale, kurio koncentracija C m 2, C m 2 > C m 1
Išvados:
1) visi tirpalai verda t aukštesnėje temperatūroje nei grynas tirpiklis
2) virimo temperatūros padidėjimas yra tiesiogiai proporcingas tirpalo molinei koncentracijai.
∆T k \u003d T į r-ra -T į r-la
∆T į- virimo temperatūros padidėjimas
∆T k \u003d E * C m(E – ebulioskopinė konstanta)
Fizinė E reikšmės reikšmė:
Ebulioskopinė konstanta apibūdina virimo t padidėjimą, kuris būtų stebimas, jei C
Jei C m \u003d 1 mol / kg * H 2 O, tada E \u003d ∆T į
E reikšmė priklauso tik nuo tirpiklio pobūdžio ir nepriklauso nuo reagento pobūdžio
E n2o \u003d 0,51 laipsnio * kg / mol
Skaičiuojant ∆ T iki temperatūros skaičiuojami ºС!!!
3) tirpalo užšalimo temperatūra yra t, kai tirpiklio sočiųjų garų slėgis virš tirpalo tampa lygus sočiųjų garų slėgiui virš ledo.
MN apibūdina sočiųjų garų slėgio pokytį ant ledo su t.
1) visi tirpalai užšąla esant t žemesnei nei grynas tirpiklis.
2) užšalimo t sumažėjimas yra tiesiogiai proporcingas tirpalui.
∆T s \u003d T s r-la - T s r-ra(∆Т=0)
∆T s \u003d K * C m
KAM yra kristalografinė konstanta
Jei C m \u003d 1 mol / kg * H 2 O, tada K \u003d ∆ T
K H2O \u003d 1,86 laipsniai * kg / mol
Praktinis tirpalų savybių užšaldyti esant žemesnei t panaudojimas:
1) aušinimo mišiniams ruošti
2) mainais į apledėjusį kelią, ledą, pabarstytą druska.
3) krioskopinis tirpios medžiagos molinės masės nustatymo metodas:
Jie paima tirpiklio mėginį, atšaldo ledo ir druskos mišiniu ir specialiu termometru nustato užšalimo temperatūrą, kuri vadinama. Beckmann termometras . Po to tirpiklis ištirpinamas ir į jį įpilama pasvertos tirpios medžiagos, taip pat nustatoma užšalimo temperatūra. Tada paskaičiuok
∆T s \u003d T s r-la - T s r-ra
∆T k \u003d (K * m B * 1000) / (M B * m A) ir pagal šią formulę apskaičiuokite M B .
M B \u003d (K * m B * 1000) / (∆T iki * m A)
4) osmosas ir osmosinis slėgis
Apsvarstykite paprasčiausio osmometro įrenginį. Osmometrinė ląstelė dedama į vandens stiklinę, kuri iš apačios uždaroma pusiau pralaidžia membrana, kad cukraus ir vandens lygis būtų viename lygyje. Vanduo pakyla ir lygis kyla
Osmosas - tai vienpusis savaiminis tirpiklio molekulių difuzija per pusiau pralaidžią membraną iš mažesnės koncentracijos tirpalo į didesnės koncentracijos tirpalą.
Osmoso slėgis lygus h aukščio skysčio kolonėlės hidrostatiniam slėgiui, kuris turi būti taikomas tirpalui, kad būtų atidėtas osmosas.
R osm. =C M *R*T
CM\u003d 1 mol / m 3
mol / l * 1000 \u003d mol / m 3
P osm. -> Pa (N/m2)
T->K
Dydžio, kuriuo pakyla tirpalų virimo t, nustatymas vadinamas ebuliometrija.
Grynojo tirpiklio ir tirpalo užšalimo t sumažėjimo dydžio nustatymas vadinamas kriometrija .
Van't Hoffo dėsnis: osmoso slėgis ( R osm) yra tiesiogiai proporcinga molinei koncentracijai (c) ir absoliučiai tirpalo temperatūrai (T):
R osm. =C M *R*T
Vadinami tirpalai, kurių osmosinis slėgis yra vienodas izotoninis.
Jei dviejų tirpalų osmosinis slėgis skiriasi, tai tirpalas, kurio osmosinis slėgis didesnis, yra hipertoninis antrojo ir antrojo atžvilgiu - hipotoninis pirmojo atžvilgiu.
Elektrolitų tirpaluose visų koligatyvinių savybių vertės yra didesnės nei neelektrolitų.
Elektrolitų tirpalų koligatyvinės savybės:
1) izotoninis santykis (i) - vertė, rodanti, kiek kartų elektrolito tirpalo savybė yra didesnė už tokios pat koncentracijos neelektrolito tirpalo savybę:
i = c*R*T el. / c*R*T ne el. \u003d ∆T pakeisti.el. /∆Т pakeitimas ne el. = ∆Т virimas.el. /∆T virimo temperatūra ne el.
Reikšmė i priklauso nuo disociacijos laipsnio ( α ) tam tikro elektrolito ir jonų skaičiaus (v), susidariusių disociuojant vienai molekulei:
i = 1 + α (v – 1)
2) veikla (a) vadinamas tokiu dydžiu, kurio pakeitimas vietoj koncentracijos idealioms sistemoms galiojančiose lygtyse daro jas taikytinas stiprių elektrolitų tirpalams. Jis gali būti pavaizduotas kaip koncentracijos (c) ir kai kurių kintamųjų faktorių (f) sandauga, vadinama aktyvumo faktorius . tie. a = f*c
Aktyvumo koeficientas, apimantis sąveikos jėgų pataisą, yra susijęs su tirpalo jonine jėga ( μ ) tokiu ryšiu: lg f = -0,5Z*kvadratinė šaknis iš μ.
kur Z yra jonų krūvis.
3) jonų stiprumas elektrolito tirpalas lygus pusei kiekvieno iš tirpale esančių jonų koncentracijų (c) sandaugų ir jų krūvio kvadrato, t.y.
μ = 1/2∑C 1 Z 1 2 = 1/2 (C 1 Z 1 2 + C 2 Z 2 2 +…+ C n Z n 2)
4) disociacijos konstanta
Silpnų elektrolitų tirpaluose kartu su jonais yra ir nedisocijuotų molekulių, t.y. yra pusiausvyra: HA↔H + +A -
Elektrolito stiprumo charakteristika yra disociacijos konstanta: Diss. \u003d [A - ] /
Disociacijos konstantos ryšį su elektrolito koncentracija ir disociacijos laipsniu nustatė Ostwaldas. Ostvaldo praskiedimo dėsnis: Diss. = cα 2 /(1-α)
Silpniems elektrolitams jis yra labai mažas ir jo vertės gali būti nepaisoma.
Tada: Diss. =α 2 c
2.10,11,12
Difuzija - savaiminis medžiagos išlyginimo tirpale procesas.
Termodinamikos požiūriu difuzijos priežastis yra medžiagos judėjimas iš didesnio cheminio potencialo į žemesnį: μ(s 1)> μ(s 2), jei с 1 > c 2
Difuzija sustoja, kai koncentracija visuose tirpalo taškuose tampa vienoda. Šiuo atveju cheminis potencialas skirtinguose sistemos taškuose tampa vienodas.
Medžiagos difuzijos greitis priklauso nuo jos molekulių masės ir formos, taip pat nuo šios medžiagos koncentracijų skirtumo skirtinguose sluoksniuose.
1855 metais Fick, tirdamas difuzinius procesus, jis nustatė dėsnį: medžiagos difuzijos greitis yra proporcingas paviršiaus plotui, per kurį medžiaga perduodama, ir šios medžiagos koncentracijos gradientui.
∆n/∆t= -D*S*∆c/∆x
∆n/∆t - difuzijos greitis, mol/s
S – paviršiaus plotas, m 2
∆c/∆x – koncentracijos gradientas, mol/m 2
D - medžiagos proporcingumo arba difuzijos koeficientas, m 2 / s
Einšteinas ir nepriklausomai nuo to Smoluchovskis išvedė šiuos dalykus difuzijos koeficiento lygtis: D=(RT/N A)*(1/6πηr)
R - universali dujų konstanta, suvyniota 8,31 J / (mol K)
T - absoliuti temperatūra, K
N A – Avogadro konstanta, lygi 6,02 * 10 23 1 / mol
r - difunduojančių dalelių spindulys, m
D - difuzijos koeficientas, m 2 / s
η - terpės klampumas, N * s / m 2
Voverės (baltymai, polipeptidai) – didelės molekulinės organinės medžiagos, susidedančios iš aminorūgščių, grandinėje sujungtų peptidine jungtimi.
Atskiri baltymai:
1) paprastas baltymas laikomas aminorūgščių polikondensacijos produktu, t.y. kaip specifinis natūralus polimeras
2) kompleksiniai baltymai susideda iš paprasto baltymo ir nebaltyminių komponentų – angliavandenių, nukleino rūgščių, lipidų ir kitų junginių.
PH vertė, kurioje yra baltymas izoelektrinė būsena , t.y. Būsenoje, kai priešingų krūvių skaičius baltymo dalelėje yra vienodas, o bendras jos krūvis lygus nuliui, vadinama izoelektrinis taškas šio baltymo.
išsūdymas - tai yra ištirpusios IUD nusodinimo reiškinys veikiant didelei elektrolito koncentracijai.
Pagal jų išsūdymo veiksmą visi katijonai ir anijonai gali būti išdėstyti liotropinė serija :
Jonų išsidėstymas liotropinėse serijose yra susijęs ne su jų krūvio dydžiu, kaip įprastos koaguliacijos atveju, bet su jų hidratacijos laipsniu. Kuo labiau jonas gali surišti tirpiklį, tuo didesnis jo išsūdymo efektas. Pagrindinis vaidmuo išsūdant, taip pat ir išbrinkinant, priklauso anijonams, o katijonai turi mažesnį poveikį išsūdymui.
2.13,16,18,19,20,21
Polimerų savybės labai pasikeičia, kai pridedami mažos molekulinės masės junginiai. Pavyzdžiui, jei celofano plėvelė, susidedanti iš celiuliozės, yra sudrėkinta glicerinu, mažos glicerolio molekulės prasiskverbia į tarpą tarp celiuliozės molekulių ir sudaro tam tikrą lubrikantą. Tokiu atveju susilpnėja tarpmolekuliniai ryšiai, plėvelė tampa plastiškesnė.
Polimero plastifikacija - Polimero plastiškumo didinimas su nedideliu NMS kiekiu vadinamas.
IUD patinimas ir tirpimas. Susilietus su polimeru (VMS) ir tirpikliu (NMS), išbrinksta, o vėliau polimeras ištirpsta.
1) Patinimas- tirpiklio prasiskverbimas į polimerinę medžiagą kartu su mėginio tūrio ir masės padidėjimu. Kiekybiškai patinimas matuojamas pagal patinimo laipsnį:
Brinkimo laipsnis priklauso nuo polimero grandinių standumo. Standžiuose polimeruose, kuriuose yra daug kryžminių jungčių (kryžminių jungčių) tarp grandinių, brinkimo laipsnis yra mažas. Taigi, pavyzdžiui, ebonitai – labai vulkanizuotos gumos – benzene praktiškai nesibrinksta. Gumos (gumos) ribotai išsipučia benzine. Želatina šaltame vandenyje taip pat pasižymi ribotu patinimu. Į želatiną įpylus karšto vandens arba į natūralų kaučiuką benzeną, šie polimerai išsipučia neribotą laiką.
Įvairių veiksnių įtaka patinimo laipsniui:
1) Polimero brinkimo laipsnis priklauso nuo jo pobūdžio ir tirpiklio pobūdžio. Polimeras geriau brinksta tirpiklyje, kurio molekulinė sąveika su makromolekulėmis yra didelė. Poliniai polimerai brinksta poliniuose skysčiuose (baltymai vandenyje), nepoliniai – nepoliniuose (guma benzene). Ribotas patinimas panašus į ribotą tirpumą. Dėl to susidaro drebučiai (ribotai išbrinkęs polimeras).
2) Be tirpiklio pobūdžio, spiralės patinimui įtakos turi elektrolitų buvimas.
3) vidutinis pH
4) temperatūra.
2) Solio arba polimero tirpalo perėjimo į želė procesas vadinamas želė arba želė.
Veiksniai, turintys įtakos šiam procesui:
1) koncentracija(koncentracijos padidinimas pagreitina želė susidarymo procesą)
2) medžiagų prigimtis(ne visi hidrofobiniai zoliai gali virsti geliais, pvz., tauriųjų metalų zoliai: auksas, sidabras, platina - nesugeba sustingti, o tai paaiškinama savita jų zolių struktūra ir maža koncentracija)
3) temperatūros(žema temperatūra prisideda prie želė susidarymo. Temperatūros mažinimas pagreitina dalelių agregaciją ir sumažina medžiagos tirpumą)
4) proceso laikas(Gelėjimo procesas, net esant žemai temperatūrai, reikalauja ilgo laiko (nuo minučių iki savaičių), kad susidarytų ląstelių tūrinis tinklas. Laikas, reikalingas jo susidarymui, vadinamas brendimo periodu)
5) dalelių forma(želatinizacijos procesai zoliuose, sudarytuose iš lazdelės ar juostelės formos dalelių, vyksta ypač gerai)
6) elektrolitų(skirtingai veikia želatinizacijos greitį)
7) aplinkos reakcija(želatinizacija vyksta greičiau, kai baltymų molekulės neturi elektros krūvio ir yra mažiau hidratuotos, t. y. yra izoelektrinėje būsenoje)
Daugelio gelių gebėjimas suskystėti veikiant mechaniniams poveikiams, virsti zoliais, o po to vėl gelioti į ramybės būseną vadinamas tiksotropija .
3) IUD išspaudimas - IUD išskyrimas nuo tirpalo įvedant jonus arba neelektrolitus.
Mažiausią išsūdymo efektą parodys minkštos bazės – anijonai I- ir NCS-, kurios yra prastai hidratuotos ir gerai adsorbuojamos ant HMC molekulių.
Sumažėjus polimero liofiliškumui, stebimas HMS tirpalo stabilumo sumažėjimas. Liofiliškumą galima sumažinti ne tik pridedant gerai hidratuotų jonų, bet ir į HMW vandeninį tirpalą įpilant tirpiklio, kuriame polimeras yra mažiau tirpus nei vandenyje. Pavyzdžiui, etanolis išsūdo vandenyje ištirpintą želatiną.
4) Koacervacija - pažeidus IUD tirpalo stabilumą, susidaro koacervuoti - nauja skystoji fazė, praturtinta polimeru. Koacervatas gali būti pradiniame tirpale lašelių pavidalu arba sudaryti ištisinį sluoksnį (sluoksniavimasis);
Koacervacija įvyksta, kai keičiasi tirpalo temperatūra arba sudėtis ir atsiranda dėl sumažėjusio tirpalo komponentų tarpusavio tirpumo. Labiausiai ištirta baltymų ir polisacharidų koacervacija vandeniniuose tirpaluose. Pagal vieną iš gyvybės atsiradimo Žemėje teorijų (A.I. Oparin), koacervatai yra senovės gyvybės formų embrionai.
Naudojimas: vaistų mikrokapsuliavimui. Tam vaistinė medžiaga disperguojama polimero tirpale, o po to, keičiant terpės temperatūrą arba pH, išgarinant dalį tirpiklio arba įdedant išsūdymo agento, iš tirpalo išskiriama polimero turtinga fazė. Maži šios fazės lašeliai nusėda ant išsklaidytų dalelių kapsulių paviršiaus, sudarydami ištisinį apvalkalą. Vaistų mikrokapsuliavimas suteikia stabilumo, pailgina veikimą, užmaskuoja nemalonų vaistų skonį.
2.24,25,26,27
Klampumas- aplinkos atsparumo judėjimui matas. Šią vertę apibūdina klampos koeficientas.
Skysčio sočiųjų garų slėgis smarkiai didėja didėjant temperatūrai. Tai matyti iš 12 paveikslo, kuriame pavaizduotos kai kurių skysčių garų slėgio kreivės, pradedant lydymosi taškais ir baigiant kritiniais taškais.
Ryžiai. 12. Kai kurių skysčių soties garų slėgio priklausomybė nuo temperatūros.
Skysčio sočiųjų garų slėgio funkcinė priklausomybė nuo temperatūros gali būti išreikšta (IV, 5), o toli nuo kritinės temperatūros – (IV, 8) lygtimi.
Darant prielaidą, kad garavimo (sublimacijos) šiluma yra pastovi mažame temperatūros diapazone, galime integruoti (IV, 8) lygtį
(IV, 9)
Pateikdami lygtį (IV, 9) kaip neapibrėžtą integralą, gauname:
(IV, 10),
kur C yra integravimo konstanta.
Pagal šias lygtis skysčio (arba kristalinės medžiagos) sočiųjų garų slėgio priklausomybė nuo temperatūros gali būti išreikšta tiesia linija koordinatėmis (šiuo atveju tiesės nuolydis yra ). Tokia priklausomybė vyksta tik tam tikrame temperatūros diapazone, toli nuo kritinės.
13 paveiksle pavaizduota kai kurių skysčių sočiųjų garų slėgio priklausomybė nurodytose koordinatėse, kurios patenkinamai telpa į tiesias linijas 0-100°C diapazone.
Ryžiai. 13. Kai kurių skysčių sočiųjų garų slėgio logaritmo priklausomybė nuo grįžtamosios temperatūros.
Tačiau (IV, 10) lygtis neapima sočiųjų garų slėgio priklausomybės nuo temperatūros visame temperatūrų intervale – nuo lydymosi temperatūros iki kritinės. Viena vertus, garavimo šiluma priklauso nuo temperatūros, todėl integravimas turėtų būti atliekamas atsižvelgiant į šią priklausomybę. Kita vertus, sočiųjų garų aukštoje temperatūroje negalima laikyti idealiomis dujomis, nes tuo pačiu metu jo slėgis žymiai padidėja. Todėl lygtis, apimanti priklausomybę P = f(T) plačiame temperatūrų diapazone, neišvengiamai tampa empirinis.
superkritinė būsena- ketvirtoji agreguotos medžiagos būsenos forma, į kurią gali patekti daug organinių ir neorganinių medžiagų.
Superkritinę medžiagos būseną pirmą kartą atrado Cañar de la Tour 1822 m. Tikras susidomėjimas naujuoju reiškiniu kilo 1869 metais po T. Andrewso eksperimentų. Atlikdamas eksperimentus storasieniuose stikliniuose vamzdeliuose, mokslininkas ištyrė CO 2 savybes, kurios, didėjant slėgiui, lengvai skystėja. Dėl to jis nustatė, kad esant 31 ° C ir 7,2 MPa, meniskas – riba, skirianti skystį ir su juo pusiausvyroje esančius garus, išnyksta, o sistema tampa vienalytė (homogeniška) ir visas tūris įgauna pieno baltumo opalinio skysčio formą. Toliau kylant temperatūrai, jis greitai tampa skaidrus ir judrus, susidedantis iš nuolat tekančių purkštukų, primenančių šilto oro srautus virš įkaitusio paviršiaus. Tolesnis temperatūros ir slėgio padidėjimas nesukėlė matomų pokyčių.
Tašką, kuriame įvyksta toks perėjimas, jis pavadino kritiniu, o medžiagos būseną virš šio taško – superkritine. Nepaisant to, kad išoriškai ši būsena primena skystį, dabar jai naudojamas specialus terminas - superkritinis skystis (iš angliško žodžio skystis, t. y. „gali tekėti“). Šiuolaikinėje literatūroje priimtas superkritinių skysčių santrumpa – SCF.
Linijų, ribojančių dujinės, skystos ir kietos būsenos sritis, bei trigubo taško, kuriame susilieja visi trys regionai, padėtis kiekvienai medžiagai yra individuali. Superkritinė sritis prasideda kritiniame taške (pažymėtame žvaigždute), kuriam būtinai būdingi du parametrai - temperatūra ( T kr.) ir slėgis ( R kr.). Sumažėjus temperatūrai arba slėgiui žemiau kritinių verčių, medžiaga išeina iš superkritinės būsenos.
Kritinio taško egzistavimo faktas leido suprasti, kodėl kai kurios dujos, pavyzdžiui, vandenilis, azotas ir deguonis, ilgą laiką negalėjo būti gaunamos skystoje formoje, didėjant slėgiui, todėl jos buvo vadinamos nuolatinėmis dujomis. (iš lotynų kalbos permanentis- „pastovus“). Aukščiau pateikta diagrama rodo, kad skystosios fazės egzistavimo sritis yra kritinės temperatūros linijos kairėje. Taigi, norint suskystinti bet kokias dujas, pirmiausia jas reikia atvėsinti iki žemesnės nei kritinės temperatūros. CO 2 temperatūra yra kritinė, aukštesnė už kambario temperatūrą, todėl tokiomis sąlygomis jį galima suskystinti padidinus slėgį. Azoto kritinė temperatūra yra daug žemesnė – -239,9°C, todėl normaliomis sąlygomis suspaudus azotą, ilgainiui galima pasiekti superkritinę sritį, tačiau skystas azotas negali susidaryti. Pirmiausia reikia atvėsinti azotą žemiau kritinės temperatūros, o tada, didinant slėgį, pasiekti sritį, kurioje galimas skysčio egzistavimas. Panaši situacija yra su vandeniliu ir deguonimi (kritinės temperatūros atitinkamai –118,4° C ir –147° C), todėl prieš suskystinimą atšaldoma iki žemesnės nei kritinės temperatūros ir tik tada didinamas slėgis. Daugumos medžiagų superkritinė būsena galima, tik reikia, kad medžiaga nesuirtų esant kritinei temperatūrai. Palyginti su nurodytomis medžiagomis, kritinis vandens taškas pasiekiamas labai sunkiai: t kr\u003d 374,2 ° C ir R kr = 21,4 MPa.
Kritinis taškas pripažįstamas svarbiu fizikiniu medžiagos parametru, tokiu pačiu kaip lydymosi ar virimo temperatūra. SCF tankis yra ypač mažas, pavyzdžiui, vandens SCF būsenoje tankis yra tris kartus mažesnis nei įprastomis sąlygomis. Visi SCF yra itin mažo klampumo.
Superkritiniai skysčiai yra skysčio ir dujų kryžius. Jie gali susispausti kaip dujos (paprasti skysčiai praktiškai nesuspaudžiami) ir tuo pat metu gali ištirpinti daug kietos ir skystos būsenos medžiagų, o tai neįprasta dujoms. Superkritinis etanolis (aukštesnėje nei 234° C temperatūroje) labai lengvai tirpdo kai kurias neorganines druskas (CoCl 2 , KBr, KI). Anglies dioksidas, azoto oksidas, etilenas ir kai kurios kitos SCF būsenos dujos įgyja gebėjimą ištirpinti daugelį organinių medžiagų – stearino rūgštį, parafiną, naftaleną. Superkritinio CO 2, kaip tirpiklio, savybes galima kontroliuoti - didėjant slėgiui, jo tirpimo galia smarkiai padidėja.
Superkritiniai skysčiai pradėti plačiai naudoti tik devintajame dešimtmetyje, kai dėl bendro pramonės išsivystymo lygio SFR įrenginiai tapo plačiai prieinami. Nuo to momento prasidėjo intensyvi superkritinių technologijų plėtra. SCF yra ne tik geri tirpikliai, bet ir medžiagos, turinčios didelį difuzijos koeficientą, t.y. jie lengvai prasiskverbia į gilius įvairių kietųjų medžiagų ir medžiagų sluoksnius. Plačiausiai pritaikytas superkritinis CO 2, kuris pasirodė esąs įvairių organinių junginių tirpiklis. Anglies dioksidas tapo lyderiu superkritinių technologijų pasaulyje, kaip turi visą eilę privalumų. Gana lengva perkelti jį į superkritinę būseną ( t kr-31 ° С, R kr – 73,8 atm.), be to, jis netoksiškas, nedegus, nesprogus, be to, pigus ir prieinamas. Bet kurio technologo požiūriu tai yra ideali bet kokio proceso sudedamoji dalis. Jis ypač patrauklus, nes yra neatskiriama atmosferos oro dalis, todėl neteršia aplinkos. Superkritinis CO 2 gali būti laikomas aplinkai absoliučiai grynu tirpikliu.
Dabar susiformavo dvi nepriklausomos superkritinių skysčių naudojimo kryptys ir produktyviai egzistuoja kartu. Šios dvi kryptys skiriasi galutiniais tikslais to, kas pasiekiama naudojant šias superkritines žiniasklaidos priemones. Pirmuoju atveju SCF naudojamos reikalingoms medžiagoms išgauti iš įvairių medžiagų, gaminių ar gamybos atliekų. Ir tuo yra didžiulis ekonominis susidomėjimas. Antruoju atveju SCF naudojamas tiesiogiai vertingoms, dažnai naujoms cheminėms transformacijoms įgyvendinti. Pabrėžtina, kad SCF, kaip ekstraktorių, pranašumus pirmiausia lemia tai, kad jie gali itin efektyviai ištirpinti nepolinius junginius, įskaitant ir kietąsias medžiagas. Šį pagrindinį pranašumą smarkiai sustiprina didelis SCF difuziškumas ir išskirtinai mažas jų klampumas, apie kurį jau minėjome. Abi pastarosios savybės lemia tai, kad išgavimo greitis tampa itin didelis. Pateikime tik keletą pavyzdžių.
Taigi tepalinių alyvų deasfaltavimas atliekamas naudojant superkritinį propaną. Žalia nafta ištirpsta superkritiniame propane esant žymiai didesniam slėgiui nei R kr. Šiuo atveju viskas pereina į tirpalą, išskyrus sunkias asfalto frakcijas. Dėl didžiulio klampumo skirtumo tarp superkritinio skysčio ir asfalto frakcijos, mechaninis atskyrimas yra labai lengvas. Tada superkritinis tirpalas patenka į plėtimosi bakus, kuriuose slėgis palaipsniui mažėja, tačiau išlieka didesnis R kr iki paskutinio bako. Šiose talpyklose nuo tirpalo paeiliui atskiriamos laipsniškai lengvesnės alyvų priemaišų frakcijos, nes mažėjant slėgiui sumažėja jų tirpumas. Fazių atskyrimas kiekvienoje iš šių talpyklų vėlgi yra labai lengvas dėl didelio jų klampumo skirtumo. Slėgis paskutiniame bake yra mažesnis R kr, propanas išgaruoja, dėl to išsiskiria nuo nepageidaujamų priemaišų išvalytas aliejus.
Kofeinas – vaistas, gerinantis širdies ir kraujagyslių sistemos veiklą, gaunamas iš kavos pupelių net ir jų iš anksto nesumalant. Ekstrahavimo užbaigtumas pasiekiamas dėl didelio SCF gebėjimo prasiskverbti. Grūdai dedami į autoklavą – indą, kuris gali atlaikyti padidintą slėgį, tada į jį tiekiamas dujinis CO 2, tada sukuriamas reikiamas slėgis (> 73 atm.), dėl to CO 2 pereina į superkritinę būseną. Visas turinys sumaišomas, po to skystis kartu su ištirpusiu kofeinu supilamas į atvirą indą. Anglies dioksidas, būdamas atmosferos slėgyje, virsta dujomis ir išskrenda į atmosferą, o išgautas kofeinas gryna forma lieka atvirame inde.
Šiuo metu didelis H2 tirpumas superkritiniuose skysčiuose turi didelę praktinę reikšmę, nes naudingi hidrinimo procesai yra labai dažni. Pavyzdžiui, buvo sukurtas efektyvus superkritinės būsenos CO 2 katalizinio hidrinimo procesas, dėl kurio susidaro skruzdžių rūgštis. Procesas labai greitas ir švarus.
Sočiųjų garų slėgio priklausomybė nuo temperatūros. Sočiųjų garų būsena apytiksliai apibūdinama idealių dujų būsenos lygtimi (3.4), o jų slėgis apytiksliai nustatomas pagal formulę
Kylant temperatūrai, didėja slėgis. Kadangi prisotinimo garų slėgis nepriklauso nuo tūrio, jis priklauso tik nuo temperatūros.
Tačiau ši eksperimentiškai nustatyta priklausomybė nėra tiesiogiai proporcinga, kaip idealiose pastovaus tūrio dujose. Didėjant temperatūrai, sočiųjų garų slėgis didėja greičiau nei idealių dujų slėgis (52 pav., kreivės AB pjūvis).
Taip nutinka dėl toliau nurodytos priežasties. Kaitinant skystį su garais uždarame inde, dalis skysčio virsta garais. Dėl to pagal (5.1) formulę garų slėgis didėja ne tik dėl temperatūros padidėjimo, bet ir dėl garų molekulių koncentracijos (tankio) padidėjimo. Pagrindinis idealių dujų ir sočiųjų garų elgsenos skirtumas yra tas, kad kintant garų temperatūrai uždarame inde (arba kintant tūriui esant pastoviai temperatūrai), pasikeičia garų masė. Skystis iš dalies virsta garais arba, atvirkščiai, garai iš dalies kondensuojasi. Nieko panašaus neįvyksta su idealiomis dujomis.
Kai išgaruos visas skystis, toliau kaitinant garai nustos būti prisotinti ir jų slėgis esant pastoviam tūriui padidės tiesiogiai proporcingai absoliučiai temperatūrai (52 pav. BC pjūvis).
Virimas. Sočiųjų garų slėgio priklausomybė nuo temperatūros paaiškina, kodėl skysčio virimo temperatūra priklauso nuo slėgio. Verdant visame skysčio tūryje susidaro greitai augantys garų burbuliukai, kurie išplaukia į paviršių. Akivaizdu, kad garų burbulas gali augti, kai jo viduje esančių sočiųjų garų slėgis šiek tiek viršija slėgį skystyje, kuris yra oro slėgio skysčio paviršiuje (išorinio slėgio) ir skysčio kolonėlės hidrostatinio slėgio suma.
Virimas pradedamas esant tokiai temperatūrai, kuriai esant sočiųjų garų slėgis burbuliukuose yra lygus slėgiui skystyje.
Kuo didesnis išorinis slėgis, tuo aukštesnė virimo temperatūra. Taigi, esant Pa slėgiui garo katile, vanduo neužverda net 200°C temperatūroje. Gydymo įstaigose verdantis vanduo hermetiškai uždarytuose induose – autoklavuose (53 pav.) – taip pat atsiranda esant padidintam slėgiui. Todėl virimo temperatūra yra daug aukštesnė nei 100 ° C. Autoklavai naudojami sterilizuoti chirurginius instrumentus, tvarsčius ir kt.
Ir atvirkščiai, sumažindami slėgį, sumažiname virimo temperatūrą. Iš kolbos išsiurbdami orą ir vandens garus galite priversti vandenį užvirti kambario temperatūroje (54 pav.). Lipant į kalnus atmosferos slėgis mažėja. Todėl virimo temperatūra mažėja. Aukštai
7134 m (Lenino viršūnė Pamyre) slėgis maždaug lygus Pa (300 mm Hg). Vandens virimo temperatūra ten yra apie 70 °C. Tokiomis sąlygomis neįmanoma virti, pavyzdžiui, mėsos.
Skysčių virimo taškų skirtumą lemia jų sočiųjų garų slėgio skirtumas. Kuo didesnis sočiųjų garų slėgis, tuo žemesnė atitinkamo skysčio virimo temperatūra, nes žemesnėje temperatūroje sočiųjų garų slėgis tampa lygus atmosferos slėgiui. Pavyzdžiui, 100 ° C temperatūroje sočiųjų vandens garų slėgis yra (760 mm Hg), o gyvsidabrio garų - tik 117 Pa (0,88 mm Hg). Gyvsidabris verda 357°C esant normaliam slėgiui.
kritinė temperatūra. Didėjant temperatūrai, kartu didėjant sočiųjų garų slėgiui, didėja ir jo tankis. Skysčio tankis, esantis pusiausvyroje su jo garais, priešingai, mažėja dėl skysčio išsiplėtimo kaitinant. Jeigu viename paveiksle nubraižome kreives skysčio ir jo garų tankio priklausomybei nuo temperatūros, tai skysčiui kreivė kris žemyn, o garų – aukštyn (55 pav.).
Tam tikroje temperatūroje, vadinamoje kritine, abi kreivės susilieja, t.y. skysčio tankis tampa lygus garų tankiui.
Kritinė temperatūra – tai temperatūra, kurioje išnyksta skysčio ir jo sočiųjų garų fizikinių savybių skirtumai.
Esant kritinei temperatūrai, sočiųjų garų tankis (ir slėgis) tampa didžiausias, o skysčio, esančio pusiausvyroje su garais, tankis tampa minimalus. Savitoji garavimo šiluma mažėja didėjant temperatūrai ir tampa lygi nuliui esant kritinei temperatūrai.
Kiekviena medžiaga turi savo kritinę temperatūrą. Pavyzdžiui, kritinė vandens temperatūra, o skystas anglies monoksidas (IV)
