chemie anorganických materiálů i
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 PresentationTRANSCRIPT
![Page 1: Chemie anorganických materiálů I](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061605/56813af5550346895da3787d/html5/thumbnails/1.jpg)
Chemie anorganických materiálů I.
Martin MíkaÚstav skla a keramikyA14, A1522044 4102
![Page 2: Chemie anorganických materiálů I](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061605/56813af5550346895da3787d/html5/thumbnails/2.jpg)
Obsah následujících přednášek
A. Termodynamika rovnovážných stavů
B. Chemická rovnováha
![Page 3: Chemie anorganických materiálů I](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061605/56813af5550346895da3787d/html5/thumbnails/3.jpg)
Literatura
V.Šatava: Fyzikální chemie silikátů I.
V.Šatava: Úvod do fyz. chem. silikátů
P.Atkins: Physical Chemistry
V.I.Babushkin: Thermodynamics of Silicates
![Page 4: Chemie anorganických materiálů I](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061605/56813af5550346895da3787d/html5/thumbnails/4.jpg)
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)
![Page 5: Chemie anorganických materiálů I](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061605/56813af5550346895da3787d/html5/thumbnails/5.jpg)
Rozdělení TD
Hmotné těleso
soustava bodů kontinuum
Statistická TD Fenomenologická TD
![Page 6: Chemie anorganických materiálů I](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061605/56813af5550346895da3787d/html5/thumbnails/6.jpg)
Krystaly spinelu
![Page 7: Chemie anorganických materiálů I](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061605/56813af5550346895da3787d/html5/thumbnails/7.jpg)
Soustava bodů - atomů
![Page 8: Chemie anorganických materiálů I](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061605/56813af5550346895da3787d/html5/thumbnails/8.jpg)
Rozdělení TD
Hmotné těleso
soustava bodů kontinuum
Statistická TD Fenomenologická TD
![Page 9: Chemie anorganických materiálů I](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061605/56813af5550346895da3787d/html5/thumbnails/9.jpg)
Stav tělesa
Veličiny - charakterizují stav tělesa
Extenzivní Intenzivní
V, m, U, S … aditivní T, P, ρ, v … nejsou aditivní
![Page 10: Chemie anorganických materiálů I](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061605/56813af5550346895da3787d/html5/thumbnails/10.jpg)
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.
![Page 11: Chemie anorganických materiálů I](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061605/56813af5550346895da3787d/html5/thumbnails/11.jpg)
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
![Page 12: Chemie anorganických materiálů I](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061605/56813af5550346895da3787d/html5/thumbnails/12.jpg)
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
![Page 13: Chemie anorganických materiálů I](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061605/56813af5550346895da3787d/html5/thumbnails/13.jpg)
I. věta termodynamická
- zákon zachování energie – rychlost růstu U
WQU
U - vnitřní energie [J]Q – teplý tok do tělesa [J/s]
![Page 14: Chemie anorganických materiálů I](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061605/56813af5550346895da3787d/html5/thumbnails/14.jpg)
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
![Page 15: Chemie anorganických materiálů I](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061605/56813af5550346895da3787d/html5/thumbnails/15.jpg)
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
![Page 16: Chemie anorganických materiálů I](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061605/56813af5550346895da3787d/html5/thumbnails/16.jpg)
Entropie
Samovolné děje 0 Γ
T – termodynamická teplota [K]
0 Γ
Vratné děje
TQ
S Clausius- rovnovážná
entropie tělesa
![Page 17: Chemie anorganických materiálů I](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061605/56813af5550346895da3787d/html5/thumbnails/17.jpg)
II. věta termodynamická
TQ
S
Clausius – Planckova rovnice
Disipační princip
![Page 18: Chemie anorganických materiálů I](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061605/56813af5550346895da3787d/html5/thumbnails/18.jpg)
Klasické TD těleso
Homogenní, uzavřené plynné těleso nebo bezviskózní kapalina
VPW P - vnější tlak [Pa]
QVPU
STVPU
![Page 19: Chemie anorganických materiálů I](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061605/56813af5550346895da3787d/html5/thumbnails/19.jpg)
Gibbsova energie
PVTSUG
PVTSG
P)(T,SS P),(T,VV P),(T,GG
![Page 20: Chemie anorganických materiálů I](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061605/56813af5550346895da3787d/html5/thumbnails/20.jpg)
Gibbsova energie
TSHG PVUH TSPVUG
012 GGG
Rovnováha 0G
Hnací síla samovolného děje
![Page 21: Chemie anorganických materiálů I](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061605/56813af5550346895da3787d/html5/thumbnails/21.jpg)
Model směsi
• Vystižení chemických reakcí
• Model kontinua - každá složka je kontinuum
• Vlastnost směsi je důsledkem vlastností složek
• Charakterizace složením směsi - xi
![Page 22: Chemie anorganických materiálů I](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061605/56813af5550346895da3787d/html5/thumbnails/22.jpg)
Chemický potenciál
),,( inPTfG Směs
VPG
inT
,i
nPTiij
nG
,,
STG
inP
,
![Page 23: Chemie anorganických materiálů I](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061605/56813af5550346895da3787d/html5/thumbnails/23.jpg)
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
![Page 24: Chemie anorganických materiálů I](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061605/56813af5550346895da3787d/html5/thumbnails/24.jpg)
Fázová rovnováha - 1 složka
![Page 25: Chemie anorganických materiálů I](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061605/56813af5550346895da3787d/html5/thumbnails/25.jpg)
Pevná látka - kapalina
NasycenáNenasycená Přesycená
fusGk < 0
me ss
fusGk = 0 fusGk > 0
Gme=f(xi) Gss=f(xi) i=2; [T, P]
![Page 26: Chemie anorganických materiálů I](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061605/56813af5550346895da3787d/html5/thumbnails/26.jpg)
Jednosložkový systém
),( PTgnG
dd
vdPsdTdPP
dTT
d
vs
dTdP
![Page 27: Chemie anorganických materiálů I](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061605/56813af5550346895da3787d/html5/thumbnails/27.jpg)
Clapeyronova rovnice
vTh
dTdP
2
lnRTh
dTPd
Clausius-Clapeyronova rce:
![Page 28: Chemie anorganických materiálů I](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061605/56813af5550346895da3787d/html5/thumbnails/28.jpg)
Pevná látka-kapalina
1
T1
P1
vTh
dTdP
1
212 T
Tln
ΔvΔh
PP
![Page 29: Chemie anorganických materiálů I](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061605/56813af5550346895da3787d/html5/thumbnails/29.jpg)
Kapalina-plyn
21
11
12TTR
h
ePP
2
lnRTh
dTPd
211
2 11ln
TTRh
PP
1
T1
P1
![Page 30: Chemie anorganických materiálů I](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061605/56813af5550346895da3787d/html5/thumbnails/30.jpg)
Jednosložkový systém
![Page 31: Chemie anorganických materiálů I](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061605/56813af5550346895da3787d/html5/thumbnails/31.jpg)
Jednosložkový systém
![Page 32: Chemie anorganických materiálů I](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061605/56813af5550346895da3787d/html5/thumbnails/32.jpg)
Jednosložkový systém
![Page 33: Chemie anorganických materiálů I](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061605/56813af5550346895da3787d/html5/thumbnails/33.jpg)
Stabilní Modifikace
![Page 34: Chemie anorganických materiálů I](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061605/56813af5550346895da3787d/html5/thumbnails/34.jpg)
Fázový diagram ZrO2
![Page 35: Chemie anorganických materiálů I](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061605/56813af5550346895da3787d/html5/thumbnails/35.jpg)
Metastabilní Modifikace
![Page 36: Chemie anorganických materiálů I](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061605/56813af5550346895da3787d/html5/thumbnails/36.jpg)
Fázový diagram 2CaO.SiO2
![Page 37: Chemie anorganických materiálů I](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061605/56813af5550346895da3787d/html5/thumbnails/37.jpg)
Fázový diagram SiO2
![Page 38: Chemie anorganických materiálů I](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061605/56813af5550346895da3787d/html5/thumbnails/38.jpg)
Fázový diagram SiO2
![Page 39: Chemie anorganických materiálů I](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061605/56813af5550346895da3787d/html5/thumbnails/39.jpg)
SiO2 za vysokého tlaku
![Page 40: Chemie anorganických materiálů I](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061605/56813af5550346895da3787d/html5/thumbnails/40.jpg)
Přeměny SiO2
![Page 41: Chemie anorganických materiálů I](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061605/56813af5550346895da3787d/html5/thumbnails/41.jpg)
Strukturní přeměny
![Page 42: Chemie anorganických materiálů I](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061605/56813af5550346895da3787d/html5/thumbnails/42.jpg)
Přeměny SiO2
![Page 43: Chemie anorganických materiálů I](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061605/56813af5550346895da3787d/html5/thumbnails/43.jpg)
Objemové změny SiO2
![Page 44: Chemie anorganických materiálů I](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061605/56813af5550346895da3787d/html5/thumbnails/44.jpg)
Přeměny vyšších řádů
I. řádu II. řádu
TT
TT
![Page 45: Chemie anorganických materiálů I](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061605/56813af5550346895da3787d/html5/thumbnails/45.jpg)
Přeměny vyšších řádů
![Page 46: Chemie anorganických materiálů I](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061605/56813af5550346895da3787d/html5/thumbnails/46.jpg)
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
![Page 47: Chemie anorganických materiálů I](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061605/56813af5550346895da3787d/html5/thumbnails/47.jpg)
Přeměny vyšších řádů
Tv
c
Tv
T
c
vTh
vs
dTdP pp