Isparavanje:

Proces dovodjenja toplote tečnom materijalu

Dovodjenjem toplote tečnosti, njena temperatura raste. Sa porastomtemperature neki od molekula imaju dovoljnu EK da mogu da se“oslobode” i predju u gasnu fazu. Sa porastom temperature, brojtakvih molekula raste.

Pritisak koji molekuli tečnosti proizvode iznad tečne faze naziva seNAPON PARE. Napon pare potiskuje atmosferu i tečnost isparava.

• Molekuli koji se kreću u gasnojfazi doprinose pritisku koji sevrši na površinu tečnosti.

• Taj pritisak koji vrši paranastala od tečnosti naziva senapon pare.

Viša temperatura, veća kinetička energija , brže isparavanje

Niža temperatura, malo molekula ima dovoljnu energiju

Visoka temperatura,znatno više molekula poseduje energiju dovoljnu za isparavanje.

Napon pare u ravnoteži

• Pritisak koji nastaje prelaskommolekula u gasnu fazu iznadtečnosti u zatvorenom sudunaziva se napon pare.

• Kada je brzina isparavanjajednaka brzini kondenzacije(prelasku molekula iz gasa utečnu fazu), dostiže sedinamička ravnoteža.

• Pritisak nastao na tojtemperaturi se nazivaravnotežni napon pare.

Vacuum

Hg

jedinjenje napon pare na 20oC(torr)• Metil alohol 96• Sirćetna kiselina 11.7• benzen 74.7• brom 173• voda 17.5• Ugljen tetrahlorid 91• živa 0.0012

Isparavanje, to jest napon pare zavisi od temperature,

spoljašnjeg pritiska i medjumolekulskih sila (prirode

tečnosti).

• Porast temperature dovodi do povećanog isparavanja

– Veća kinetička energija - molekuli lakše napuštaju tečnu fazu

• Porast pritiska smanjuje isparavanje - prisiljava molekule da se

vrate u tečnu fazu

• Jake medjumolekulske sile utiču da isprljivost bude manja, jer

molekuli medjusobno čvrsto interaguju u tečnoj fazi.

Porast napona pare sa temperaturom

• Tačka ključanja je temperatura na kojojnapon pare dostiže pritisak od 1 atm,odnosno, atmosferski pritisak (lokalni).

Napon pare zavisi od temperature!

Napon pare vode na 25 C je vrlo mali: 3.2 kPa (0.03 atm). Na 100 C on postajejednak 101 kPa (1 atm).Normalna tačka ključanja je temperatura na kojoj napon pare tečnosti kojaisparava postaje jednak 101 kPa Definicija u skladu sa SI sistemom!

Tačka ključanja je temperatura na kojoj napon pare tečnosti kojaisparava postaje jednak lokalnom atmosferskom pritisku.

Tečnosti koje su isparljivije od vode postižu napon pare od 101 kPa nanižim temperaturama. Primeri: t.k CO2 je - 78 C a t.k. He je samo 4.2 K.

Crtanje faznih dijagrama

Naponi pare se mogu izmeriti za niztemperatura i tačke se mogu naneti nadijagram P = (T). Na ovaj način,sastavlja se fazni dijagram.

Potpuni fazni dijagrami supstancidobijaju se praćenjem ravnotežačvrsto - gas, čvrsto - tečno i tečno -gas.

Nastanak mraza - kada temperatura vlažnog vazduha pada i para se kondenzuje u

tečno stanje nastaje rosa. Daljim spuštanjem temperature, rosa očvršćava i nastaje

mraz.

Nastanak inja - kada je vlažnost vazduha vrlo niska (za vreme hladnih zimskih

dana) sniženje temperature vodi pravo iz područja pare u područje čvrste faze.

Vodena para direktno očvršćava u led, odnosno, inje.

Fazni dijagram vode ima nekoliko specifičnosti!

Posebno je važno istaći jedinstvenu osobinu vode da linijaravnoteže čvrsto - tečno ima negativni nagib. Ovo jeposledica postojanja vodoničnih veza izmedju molekulavode u čvrstoj fazi.

Negativni nagib linije čvrsto - tečno zapravo znači da jetačka očršćavanja (mržnjenja) niža na visokom pritisku.

P = 7 106 Pa, tačka mržnjenja je - 1 C.Ovako visok pritisak (normalan atmosferski je 1.01 105

Pa, i tada voda mrzne na 0 C) dovodi do raskidanjavodoničnih veza a time i do približavanja molekulazgušnjavajući time led tečna voda nastaje natemperaturi ispod 0 C.

Primenjeni visoki pritisak podstiče gušće pakovanje ove supstance i čvrstafaza je gušća od tečne. Ovo znači da povišeni pritisak pogoduje stvaranjučvrstog, pa, da bi se desilo topljenje treba primeniti sve višu temperaturu štoje pritisak viši.

Pozitivan nagib linije čvrsto - tečno Povećavanje pritiska povećava tačkutopljenja. Objašnjenje se nalazi u molekularnoj strukturi ove materije: malilinearni molekuli ugljen dioksida (O C O) mogu se gusto pakovati.

Fazni dijagram CO2 ima nekoliko specifičnosti.

-Prvo, ako se čvrsti CO2 ostavi na vazduhu (normalni uslovi- 1 atm. i 25 C) on sublimuje “suvi led”.

-Trojna tačka CO2 je na -56 C i na pritisku od 518 kPa, štoje znatno više od atmosferskog (101 kPa). Tečna faza nepostoji ispod ovog pritiska, tako da treba primeniti barovoliki pritisak ako se želi tečni CO2.

-Napon pare čvrste faze je veći od atmosferskog pritiskana svim temperaturama iznad -78 C, pa “suvi led”jednostavno isparava direktno iz čvrste faze.

Fazni dijagram ugljenikapokazuje da on možepostojati u različitimčvrstim oblicima -alotropima, ova osobina sezove alotropija.

Osim ugljenika, alotropijupokazuju i kalaj, fosfor isumpor.

Smeše

Većina materija koje svakodnevnosrećemo nisu čiste supstance, većnaprotiv smeše.

Zato je neophodno naći način da sekoncizno prikazuju fizičke promenekoje se u smešama dogadjaju, kao izavisnost tih promena od sastavasmeša. Taj način je - konstruisanjefaznih dijagrama smeša.

Fazni dijagram tecno - gas; Raoult-ov zakon

Raoult-ov zakon: parcijalni naponpare jedne komponente u smešijednak je proizvodu napona parečiste komponente i njenog molskogudela

pA = xA pAo

gde je pA - parcijalni napon pare; a pAo

je napon pare čiste komponente.

Ukupni napon pare smeše dvetečnosti je jednak zbiruparcijalnih napona komponenti:

P = pA + pB,što je posledica važenjaDaltonovog zakona.

U nekoj dvokomponentnoj smeši , gde su nA i nB brojevi molova

supstanci A i B, molski udeli xA i xB su:

1;; BA

BA

BB

BA

AA xx

nn

nx

nn

nx

pAo >> pB

o , sledi da je

Ukupni napon pare smeše dve tečnosti je :

P = pA + pB

Posle zamene molskih udela, ukupni napon pare je:

P = xA pAo + xB pB

o = xA pAo + (1 - xA) pB

o = pBo + (pA

o - pBo) xA

Ako je napon pare komponente B znatno manji od napona pare komponente A,

P = pB0 + xA pA

o xA pAo

gde je pA - parcijalni napon pare; a pAo i pB

0 su naponi paračistih komponenti.

Primeri nekih idealnih tečnih smeša

Benzen-metilbenzen Oktan-heksan

Molekuli su slične strukture, deluju samo slabenepolarne, Londonove disperzione sile.

U najvećem broju slučajeva pojavljuju se odstupanja:

negativna - napon pare jemanji od očekivanog jer sumedjumolekulske interakcijeizmedju molekula A i B jače odinterakcija A A i B B)

pozitivna - napon pare je većiod očekivanog; u slučajevimakada su odbojne sile izmedjuA i B jače od privlačnih A A iB B.

Vodonične veze:

Cl3C H O=C

CH3

CH3

Interakcije izmedju molekula hloroforma medjusobno, kao i izmedju molekula acetona medjusobno, slabije su od interakcija hloroform-aceton.

Zbog toga, na nekoj konstantnoj temperaturi, hloroform i aceton u smeši ostaju u tečnosti u većoj meri nego kod svake pojedinačne tečnosti.

Pozitivno odstupanje dešava se kod smeče etanola i vode.

Odbojne sile koje vladaju izmedju molekula H2O i C2H5OH u smeši jače su od privlačnih sila koje vladaju izmedju molekula H2O medjusobno i molekula C2H5OH medjusobno.

Izraženo odstupanje odidealnosti pokazujutečnosti koje posedujumolekule sa znatnorazličitom strukturom.Prikazan je primerpozitivnog odstupanja:ugljen disulfid (CS2) iaceton.

Tačka ključanja tečne smeše jetemperatura pri kojoj je ukupninapon pare jednak 101 kPa;odnosno pri kojoj je ukupni naponpare jednak lokalnomatmosferskom pritisku.

Očigledno, kako napon paresmese zavisi od njenog sastava(od molskih udela) i tačkaključanja će zavisiti od sastavasmeše.

Donji dijagram je dobijen odparova vrednosti: sastav - tačkaključanja. Dijagram je zapravofazni dijagram tečno - gas ufunkciji od sastava.

Pri svim temperaturama ispodtamne linije uzorak je tečan, ana temperaturama iznad linije -gasovit.

Horizontalna linija na gornjemgrafiku, na pritisku od jedneatmosfere, pokazuje na kojojtemperaturi ključa koja smešaheptan - heksan.

Destilacija

Para u ravnoteži sa tečnomsmesom bogatija je u onojkomponenti koja lakše isparava.Zbog potpune informacije, nadijagramu je potrebna još jednatačka koja opisuje sastav parnefaze.

Na slici su, osim tačaka a kojepokazuju tačke ključanja za smešenekog sastava, prikazane i tačka akoja pokazuju sastave pare uravnoteži sa tečnošću naodredjenoj temperaturi.

ključakondenzacija

Da bi se potpuno razdvojile dve isparljive tečnosti,potrebno je izvesti niz destilacija. Postupak se ponavljapotrebni broj puta, i naziva se frakciona destilacija.

Odstupanja od idealnosti

Pozitivno odstupanje,odnosno, slučaj da jenapon pare smeše veći odočekivanog, nastaje kadamolekuli imaju većutežnju ka isparavanjunego u idealnom slučajupa se tada tačkaključanja postiže na nižojtemperaturi u odnosu naidealni slučaj.

Ponekad, smesa vri prinižoj tempersaturi odbilo koje od komponenata

Pozitivno odstupanje od Raulovog zakona!

AZEOTROPNA SMEŠA SAMINIMALNOM TAČKOMKLJUČANJA

Kada se ovakva smeša frakcionodestiliše, sastav pare u koloni zadestilaciju se menja krećući seprema sastavu datom tačkom b,posle čega se više neće menjati.

Azeotropne smeše minimalnetačke ključanja ne mogu serazdvojiti frakcionomdestilacijom.

Pozitivno odstupanje od Raulovog zakona

U nekim slučajevima,tečne smeše imajuniže napone para negošto predvidja Raoult-ov zakon.

azeotrop maksimalnetačke ključanja

Negativno odstupanje od Raulovog zakona

AZEOTROPNA SMEŠA SA MAKSIMALNOM TAČKOM KLJUČANJA

Kada tečnost koja sedestiluje i dostigne sastavkoji odgovara maksimalnojtački ključanja sastav seviše neće menjati.

Azeotropne smešemaksimalne tačke ključanjane mogu se razdvojitifrakcionom destilacijom.

Negativno odstupanje od Raulovog zakona