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Equilibri tra fasi diverse Equilibri tra fasi diverse e diagrammi di stato Sistemi costituiti da fasi diverse in equilibrio fra loro FASE: porzione di.

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Presentazione sul tema: "Equilibri tra fasi diverse Equilibri tra fasi diverse e diagrammi di stato Sistemi costituiti da fasi diverse in equilibrio fra loro FASE: porzione di."— Transcript della presentazione:

1 Equilibri tra fasi diverse Equilibri tra fasi diverse e diagrammi di stato Sistemi costituiti da fasi diverse in equilibrio fra loro FASE: porzione di materia chimicamente e fisicamente omogenea delimitata da superfici di separazione ben definite Fase 1 Fase 2 Fase 3

2 Equilibri tra fasi diverse Sistemi a un componente equazione di Clausius-Clapeyron Sistema costtituito da un COMPONENTE presente in 2 FASI distinte H: calore latente a P cost. V: variazione di volume

3 Equilibri tra fasi diverse Lequazione di Clausius-Clapeyron: Equilibrio fase vapore-fase condensata Andamento della pressione di vapore di un solido o di un liquido con la temperatura A : costante che dipende dalla natura della specie chimica solido vapore liquido vapore

4 Equilibri tra fasi diverse Lequazione di Clausius-Clapeyron: Equilibrio liquido -solido Effetto della pressione sulla temperatura di fusione liquido solido V>0 d sol > d liq dT/dP>0 V<0 d sol < d liq dT/dP<0 Lequazione che descrive le condizioni di equilibrio tra fase liquida e fase solida è una retta. fusione > 0 la pendenza dipende da V

5 Equilibri tra fasi diverse Diagramma di stato di H 2 O H sublim > H vapor V < 0 dT/dP < 0

6 Equilibri tra fasi diverse Diagramma di stato di H 2 O Linea AT: equilibrio fase solida e fase vapore Linea TB: equilibrio fase solida e fase liquida. La pendenza è negativa perché V<0 Linea TC: equilibrio fase liquida e fase vapore C:punto CRITICO. A T> Tc il vapore non può condensarsi e la fase liquida non può esistere, qualunque sia la P. T:punto TRIPLO. Condizioni di equilibrio tra 3 fasi P = 1 atm fino al punto F è stabile la fase solida (ghiaccio); tra i punti F e E è stabile la fase liquida; A T< Tc la fase vapore F: punto normale di FUSIONE E: punto normale di EBOLLIZIONE

7 Equilibri tra fasi diverse Diagramma di stato di CO 2 V > 0 Linea TB pendenza positiva dT/dP > 0 CO 2 solida scaldata a P = 1atm sublima (ghiaccio secco)

8 Equilibri tra fasi diverse Regola delle fasi VARIANZA DEL SISTEMA Numero delle variabili indipendenti (gradi di libertà) del sistema Numero delle variabili i cui valori possono essere variati indipendentemente uno dallaltro senza che cambi il numero delle fasi in equilibrio Regola delle fasi V = c + x - F V : varianza del sistema c : n°dei componenti indipendenti x : variabili fisiche F : n° delle fasi in equilibrio

9 Equilibri tra fasi diverse Applicazioni della regola delle fasi - diagrammi di stato a un componente c = 1 x = 2 (T, P) V = F V = 3 - F In questi sistemi possono trovarsi insieme al massimo 3 FASI Il sistema è MONOVARIANTE Fissata la temperatura è automaticamente fissata anche la pressione, e viceversa PUNTI SULLE LINEE AT, TB, TC F = 2 V = = 1

10 Equilibri tra fasi diverse Applicazioni della regola delle fasi - diagrammi di stato a un componente Il sistema è INVARIANTE Le tre fasi possono coesistere in equilibrio solo per un determinato valore della pressione e della temperatura (punto triplo) PUNTO TRIPLO F = 3 V = 3 - 3= 0

11 Equilibri tra fasi diverse Sistemi a due componenti: sistemi solido - liquido 2 componenti: A, B 2 variabili fisiche: P, T 1 variabile chimica: x A (frazione molare di A) Diagrammi isobari (P = cost = 1 atm) Regola delle fasi: V = F V = 3 - F

12 Equilibri tra fasi diverse Completa miscibilità dei due componenti sia allo stato liquido, che allo stato solido P costante T T X A =1 X B =0 X A =0 X B =1 X0X0 z s l T2T2 TA*TA* T1T1 A Z B tempo TB*TB* solido liquido Liquido + solido X2X2 X1X1

13 Equilibri tra fasi diverse T A *, T B * : temperature di solidificazione (o di fusione) componenti puri l : curva del liquido s : curva del solido CURVE DI RAFFREDDAMENTO: si registra la temperatura (T) in funzione del tempo (t) quando viene sottratto calore al sistema a velocità costante Liquidi puri A e B: la solidificazione avviene a T = cost. Applicando la regola delle fasi ai liquidi puri si ha: C = 1, V = 2 - F, essendo F = 2 (fase liquida e solida in equilibrio) risulta V = 0, il sistema è invariante, la T resta costante. Soluzione liquida Z (composizione x 0 ) : alla T = T 1 inizia a separarsi un solido di composizione x 1 (più ricco in B del liquido). In queste condizioni (2 fasi in equilibrio): V = 2+1-2=1, il sistema è monovariante, la solidificazione non avviene a T cost. Alla T = T 2 la composizione della fase solida risulta coincidente con quella iniziale del liquido (x 0 ) a questa T il sistema è costituito da solido in equilibrio con lultima frazione di liquido (di composizione x 2 ). Sotto T 2 il sistema è costituito da un unica fase solida e V = 2

14 Equilibri tra fasi diverse Completa miscibilità allo stato liquido e completa immiscibilità allo stato solido con presenza di punto eutettico A Z EB T T Solido A + Solido B Liquido + solido ALiquido + solido B X A =1 X B =0 X A =0 X B =1 tempo TA*TA* Tb*Tb* lblb lala X0X0 TETE P costante liquido Z E T1T1 XEXE

15 Equilibri tra fasi diverse T A *, T B * : temperature di solidificazione (o di fusione) componenti puri l A, l B : curve di solidificazione di A e di B T E : temperatura eutettica; E : punto eutettico Il punto EUTETTICO è caratterizzato dalla presenza di 3 fasi in equilibrio (2 solide e 1 liquida) La temperatura T E è la T al di sotto della quale non può esistere la fase liquida Soluzione liquida Z (composizione x 0 ) : alla T = T 1 iniziano a separarsi cristalli di A puro. A T= T E il liquido residuo ha composizione x E. A T E sono presenti 3 fasi in equilibrio e quindi V = 0 (la solidificazione avviene a T = cost). Miscela eutettica E (composizione x E ): fino a T E il sistema è tutto liquido. A T E inizia a separarsi a T = cost. la miscela dei due solidi puri. La miscela di composizione x E fonde a T = cost come un solido puro ed ha la T di fusione più bassa di quella dei due componenti puri


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