13. Skupenské změny látek

13. Skupenské zm ny látek
Fáze látky – soustava, která má v rovnovážném stavu ve všech ástech stejné fyzikální a
chemické vlastnosti – p . jednotlivá skupenství.
Fázové zm ny – p echod látky z jedné fáze do druhé.
tání
vypa ování
tuhnutí
kondenzace
sublimace
desublimace
Tání a tuhnutí
a) z hlediska termodynamiky
t
t0
Krystalická látka
t
Amorfní látka
teplota tání
Q
Q
Skupenské teplo tání je teplo, které musíme dodat pevnému t lesu dané hmotnosti m
zah átému na teplotu tání, aby se zm nilo na kapalné t leso téže hmotnosti i teploty:
Lt = lt.m , kde lt je m rné skupenské teplo tání
b) z hlediska zm n vnit ní struktury
Tání: Pevnému t lesu dodáno teplo r st intenzity kmitání ástic
uvol ování ástic z krystalické struktury
kapalina.
postupné
Tuhnutí krystalické látky: Vznik krystaliza ních jader pravidelné seskupování
ástic kolem nich dokon ení tuhnutí – krystalky se vzájemn dotýkají (zrna)
polykrystalická látka.
Pozn.1: Pokud se v tavenin vytvo í jen jeden zárodek vznikne monokrystal.
Pozn.2: P i tuhnutí isté látky se asto krystaliza ní jádra za nou tvo it až za teploty
nižší než je teplota tuhnutí (p echlazená i podchlazená kapalina) – nap . thiosíran
sodný (t0 = 48oC) m že být tekutý i p i 20oC. Pak po vhození n kolika krystalk této
látky – rychlý p echod v pevnou fázi.
Souvislost teploty tání a tlaku - k ivka tání:
p
v tšina látek
p
látky s anomálií (voda)
A
A
T
T
A – trojný bod (odpovídá rovnovážnému stavu pevného, kapalného a plynného skupenství
téže látky)
Vypa ování a kondenzace
Vypa ování probíhá na povrchu kapaliny p i každé teplot , p i které m že látka existovat
v kapalném skupenství. Kapalina p itom p ijímá teplo.
Var je stav, kdy probíhá vypa ování v celém objemu kapaliny. Veškeré teplo dodávané
kapalin p i varu se spot ebuje na p em nu skupenství, teplota se nem ní.
Teplota varu = teplota kapaliny, p i které tlak její syté páry je roven vn jšímu tlaku.
Teplota varu roste s rostoucím vn jším tlakem.
Sytá a p eh átá pára
Sytá pára – je v rovnovážném stavu se svojí kapalinou. Její tlak závisí pouze na
chemickém složení a na teplot , nezávisí na objemu páry. Vzniká v uzav ené nádob
nad kapalinou nebo v tenké vrstv nad hladinou kapaliny ve volném prostoru.
P eh átá pára – má tlak menší než odpovídá syté pá e téže teploty. Tento tlak záleží na
objemu páry (zmenšení objemu zv tšení tlaku). P eh átá pára se dá získat z páry syté
bu zv tšením jejího objemu nebo zah íváním (odsud název), p íp. ob ma d ji
sou asn bez p ítomnosti kapaliny.
Skupenské teplo vypa ování (varu) je teplo, které musíme dodat kapalin hmotnosti m, aby
se zm nila na plyn (páru) téže teploty:
Lv = lv.m , kde lv je m rné skupenské teplo vypa ování(varu).
Souvislost teploty varu a tlaku – k ivka syté páry:
A – trojný bod
K – kritický bod
p
pK
pA
K
A
TA
TK
T
Pozn. P i zv tšování teploty rovnovážné soustavy kapalina + sytá pára roste hustota s syté
páry a klesá hustota k kapaliny. P i kritické teplot TK je s = k, a proto mizí rozhraní mezi
kapalinou a její sytou párou. P i teplot T › TK již látka neexistuje v kapalné fázi. Proto k ivka
syté páry kon í v bod K (viz následující obrázek – zobrazuje systém voda a její sytá pára):
t = 0°C (T = 0 K)
3
-3
vody=10 kg.m
-3
páry= 0 kg.m
tK = 374,15°C (TK= 647,3K)
-3
vody= páry= 315 kg.m
mizí rozhraní vody a páry
t … roste
vody … klesá
páry … roste
Tuto závislost hustoty vody a její syté páry v uzav ené nádob na teplot lze znázornit grafem:
ρ
kg.m −3
1000
800
600
400
K
K
200
0
50
100
150
200
250
300
350 374,15
t
°C
Sublimace a desublimace
Sublimace je proces vypa ování pevných t les. Za normálního tlaku sublimují všechny vonící
nebo páchnoucí pevné látky – nap . jod, naftalen, kafr, ale také pevný oxid uhli itý, led nebo
sníh.
Skupenské teplo sublima ní je teplo p ijaté t lesem hmotnosti m p i jeho sublimaci za
dané teploty:
LS = lS.m , kde lS je m rné skupenské teplo sublima ní.
Souvislost teploty, p i níž dochází k sublimaci a tlaku – sublima ní k ivka:
p
A
T
Fázový diagram
p
K
kt
I
II
ks
0
Pozn. Pro vodu:
kp
A
K – kritický bod
A – trojný bod
I – oblast pevné látky
II – oblast kapaliny
III – oblast plynu (p eh átá pára)
III
TA = 273,16 K (0oC)
pA = 610 Pa
T
TK = 648 K (375oC)
pK = 22,1 MPa
-3
K = 315 kg.m
Vodní pára v atmosfé e
m
, kde V je objem vzduchu a m je hmotnost
V
vodních par obsažených v tomto objemu … [ ]= kg.m-3
Φ
b) relativní
=
, kde je skute ná absolutní vlhkost vzduchu
Φm
p i dané teplot a m je maximální abs vlhkost, tj. taková, p i níž jsou
za dané teploty páry obsažené ve vzduchu syté ...[ 100 ] = %
M ení vlhkosti vzduchu – vlhkom ry.
Teplota rosného bodu je teplota, p i které se p vodn p eh átá vodní pára ve vzduchu stane
sytou párou.
Vlhkost vzduchu:
a) absolutní
=