Küsimus:
Miks lisandid vähendavad eraldatud aine sulamistemperatuuri?
LanceLafontaine
2012-04-26 01:00:09 UTC
view on stackexchange narkive permalink

On teada, et soovitud isoleeritud toote lisandid alandavad segu sulamistemperatuuri, isegi kui lisandite sulamistemperatuur on soovitud tootest palju kõrgem. Miks see nii on?

Ma arvan, et teie küsimus on liiga ebamäärane. F'x andis teile suurepärase vastuse metallisegude kohta, kuid võite saada sama hea lahuste kolligatiivsete omaduste või termodünaamika osas. Mis konkreetsel juhul sa mõtled? Sünteesiprodukt pole piisavalt puhas? Glükoosi lahus vees?
Seda ütles mulle TA pärast minu vaatlemist orgaanilises laboris; tõepoolest, sünteesiprodukt polnud just puhas.
Tõepoolest, see on väga levinud nähtus, mis ei piirdu sulamitega. See on aluseks mp kasutamisele aine taande ja puhtuse kriteeriumina. On erandeid (orgaanilises keemias väga vähe), nt kui lisand ja aine moodustavad ühendi (soola). Nick T selgitus segafaaside termodünaamika abil on õige.
Kolm vastused:
#1
+32
F'x
2012-04-26 01:10:35 UTC
view on stackexchange narkive permalink

See on väga üldine väide, kuid see pole alati tõsi. Seletan, miks see sageli tõsi on, ja toon lõpus vastunäite.


Teie enamuskomponent B ja lisand (nimetame seda A-ks) moodustavad kahendsüsteemi. Enamasti on sellistel binaarsetel segudel tahke ja vedel faasi skeem järgmine:

enter image description here

(pilt on võetud nendest loengukonspektidest).

Sellel binaarsel faasiskeemil on puhas A vasakul, parem B paremal. A ja B moodustavad kusagil eutektika. Siin on punkt kontsentratsioonil e ja temperatuuril y . Kuna eutektilise punkti olemasolu on tagatud mis tahes A / B kahendsüsteemi puhul ja kuna eutektika vastab madalamale temperatuurile, väheneb teie likvideerimiskõver lisandite kontsentratsiooni suurenemisega ja lisand vähendab sulamistemperatuuri.

Kuid mitte kõik binaarsed segud ei moodusta eutektikat. Wikipedia sõnadega:

Kõigil binaarsulamitel pole eutektilist punkti; näiteks hõbe-kuld süsteemis tõusevad sulamistemperatuur (vedelus) ja külmumistemperatuur (solidus) monotoonselt, kui segu muutub puhtast hõbedast puhtaks kullaks.

Vastav faasiskeem on järgmine:

enter image description here

Kellelgi on koopia loengumärkmetest, mille ta linkib? See on nüüdseks kadunud.
#2
+19
Nick T
2012-04-26 07:02:10 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Termodünaamiliselt arvestate vedeliku ja tahkete ainete keemilist potentsiaali ($ \ mu $), täpsemalt temperatuuri, kus need on võrdsed. Segus on potentsiaal väiksem, kui häire (entroopia) on suurenenud, nii et kõik asjad on võrdsed, soosib see vedelikku puhtama tahke aine asemel, kus häireid võib olla rohkem. Keemilised süsteemid püüavad oma potentsiaali vähendada spontaansete keemiliste muutuste (nt faasi) kaudu, minimeerides vaba energiat ($ G $). Tasakaal tekib seal, kus $ dG = 0 $. Püsiva temperatuuri ja pideva rõhuga süsteemis on

$$ dG = \ sum_i \ mu_idn_i $$

$ \ mu $ antud liigi keemiline potentsiaal (mõnes on mõni ühend faas) ja $ n $ on selle ühendi kogus.

Eeldades, et meie loodud tahke aine on puhas (kehtib mõnikord, mitte alati), on meie reaktsioon (külmumine) $$ \ required {mhchem} \ ce { A _ {(l)} -> A _ {(s)}} $$

nii et suhe kahe liigi vahel on võrdne ja vastupidine (ühe mooli tahke aine loomiseks kulub üks mool vedelikku). -dn _ {(l)} = dn _ {(s)} $$

seetõttu

$$ \ algab {joondamine} dG = 0 & = \ mu {(l) } dn _ {(l)} + \ mu {(s)} dn _ {(s)} \\ & = \ mu {(l)} dn _ {(l)} - \ mu {(s)} dn _ {(l )} \\ 0 & = \ mu {(l)} - \ mu {(s)} \\\ mu {(s)} & = \ mu {(l)} \\\ end {joondus} $$

Kuna tahke aine on puhas (eelnev eeldus, pange tähele: $ \ star $ tähistab puhast ühendit),

$$ \ mu {(s)} = \ mu ^ \ star {( s)} $$

Ideaalses segus (eeldades, et kõigi komponentide vastasmõju on võrdne) moolimurdega $ \ chi_A $ ja $ T $ be segu külmumispunkti,

$$ \ mu {(l)} = \ mu ^ \ star {(l)} + RT \ ln \ chi_A $$

(Kui see pole ideaalne, kasutatakse üldist terminit $ a $ $ \ mu {(l)} = \ mu ^ \ star {(l)} + RT \ ln a_A $). Kõik koos:

$$ \ begin {align} \ mu ^ \ star {s}} & = \ mu {(s)} = \ mu {(l)} = \ mu ^ \ star {(l)} + RT \ ln \ chi_A \\\ mu ^ \ star {(s)} - \ mu ^ \ star {(l)} & = RT \ ln \ chi_A \\ - \ Delta G ^ \ star_ {m, fus} & = RT \ ln \ chi_A \\ - (\ Delta H ^ \ star_ {m, fus} - T \ Delta S ^ \ star_ {m, fus}) & = RT \ ln \ chi_A \\\ frac {\ Delta S ^ \ star_ {m, fus} } {R} - \ frac {\ Delta H ^ \ star_ {m, fus}} {RT} & = \ ln \ chi_A \\\ end {align} $$

Kui segu on puhas (külmumispunkt $ T ^ \ star $ juures), $ \ chi_A = 1 $, seega $ \ ln \ chi_A = 0 $,

$$ \ begin {joondamine} - \ frac {\ Delta H ^ \ star_ {m, fus}} {RT ^ \ star} + \ frac {\ Delta S ^ \ star_ {m, fus}} {R} & = 0 \\\ frac {\ Delta S ^ \ star_ {m , fus}} {R} & = \ frac {\ Delta H ^ \ star_ {m, fus}} {RT ^ \ star} \\\ end {align} $$

Kombineeritud ...

$$ \ begin {joondamine} \ frac {\ Delta H ^ \ star_ {m, fus}} {RT ^ \ star} - \ frac {\ Delta H ^ \ star_ {m, fus} } {RT} & = \ ln \ chi_A \\\ frac {\ Delta H ^ \ star_ {m, fus}} {R} \ vasakule (\ frac {1} {T} - \ frac {1} {T ^ \ star} \ right) & = \ ln \ chi_A \\\ frac {\ Delta H ^ \ star_ {m, fus}} {R} \ left (\ frac {T ^ \ star - T} {TT ^ \ star } \ right) & = \ ln \ chi_A \\\ end {align} $$

As $ T \ umbkaudu T ^ \ täht $ ja kui defineerime $ \ Delta T $ tasakaalu muutusena temperatuur (sulamistemperatuur) alates t ta on puhas aine,

$$ \ begin {align} \ frac {\ Delta H ^ \ star_ {m, fus}} {R} \ left (\ frac {\ Delta T} {T ^ { \ star2}} \ right) & = \ ln \ chi_A \\\ end {align} $$

Seda saab külmumispunkti languse koefitsiendi tuletamiseks veelgi edasi arendada, kuid siit näeme et kuna $ \ Delta H $, on kõik $ T $ ja $ R $ positiivsed ja $ \ ln \ chi_A $ on garanteeritud negatiivsed ($ \ chi_A $ peavad olema väiksemad kui null), siis $ \ Delta T $ peab olema negatiivne.

Eelduste kokkuvõtteks on see ideaalne segu ja moodustunud tahke aine on puhas. Esimesele aadressile, kui see pole ideaalne, võime $ \ chi_A $ asemel kasutada üldist $ a_A $. Mooli osa ei või kunagi ületada 1, kuid ma pole kindel, et $ a $; kui see ületab 1, siis on külmumispunkt kõrgus .

Mis puutub teisesse, siis kui moodustunud tahke aine on segu (nt metallisulam), siis see viskab teosesse veel ühe mutrivõtme, mida ma ei oska lõplikult käsitleda. Usun, et see põhineb siis vedela faasi ja tahke faasi komponentide koostoime erinevusel ning nende suhtelisel kontsentratsioonil.

+1 väga üksikasjalik vastus. Lugege seda vastust ja minu oma. Võite laiendada arutelu ideaalide üle aruteluks selle kohta, miks mõned binaarsed segud ei moodusta eutektikat ...
Eutektikaga pole sellel tegelikult midagi pistmist, kuigi teil on täiesti õigus, et paljudel süsteemidel eutektikat pole. Ülaltoodud tuletus on täiesti piisav näitamaks, et mis tahes lisandite lisamine väikestes kogustes alandab sulamistemperatuuri. Teine põhjus on segamise entroopia, mis on siis, kui ühe komponendi kogus on väike, alati positiivne.
#3
+6
Chin Yeh
2012-12-12 21:59:29 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Kaks ülaltoodud vastust on akadeemilised / skolastilised. Annan intuitiivse. Kui lisand on tahkes aines, nõrgendab see tavaliselt (mitte alati, nagu öeldud vastuses 1) molekulide vahelisi seoseid / jõude ja muudab selle seega kuumuse suhtes haavatavamaks (loe madalam sulamistemperatuur). Kindel on reaalajas nagu armee. Kui panete tsiviilisiku sõjaväkke, pole vahet, kas see tsiviilisik on sama tugev kui Arnold Schwarzenegger, moodustis jääb mingil määral sassi.
Nõrgemad molekulidevahelised jõud ei tähenda siiski, et kindel tahe pehmeneks. See võib muutuda raskemaks ja rabedamaks. Näide on see, et tina lisamisel muudetakse vask kõvemaks pronksiks.



See küsimus ja vastus tõlgiti automaatselt inglise keelest.Algne sisu on saadaval stackexchange-is, mida täname cc by-sa 3.0-litsentsi eest, mille all seda levitatakse.
Loading...