Upload
vukhanh
View
220
Download
1
Embed Size (px)
Citation preview
• Fizikai módszerek anyagok tisztítására
- Szublimáció
Általános és szervetlen kémia
Laborelıkészítı elıadás I.
• Halmazállapotok, fázisok
• Fizikai állapotváltozások (fázisátmenetek), a Gibbs-féle fázisszabály
- Átkristályosítás
- Desztilláció (ideális/nemideális elegyek, azeotrópia)
Az anyag halmazállapotai I.
Szilárd - kristályos
Halmazállapot
- amorf
Entitások elhelyezkedése; mozgása Példa
Az anyag halmazállapotai II.
Halmazállapot Entitások elhelyezkedése; mozgása Példa
Az anyag halmazállapotai III.
Folyadék
Halmazállapot Entitások elhelyezkedése; mozgása
Gáz
Szuperkritikus fluid
állapot (nagy T, p)
• szuperkritikus N2 (T > -147 °C, p > 3,4 MPa)
• szuperkritikus CO2 (T > 31°C, p > 7,3 MPa)
• szuperkritikus H2O (T > 374 °C, p > 22 MPa)
Az anyag halmazállapotai IV.
Plazmaállapot:
túlhevített,
ionizált gáz
Halmazállapot Entitások elhelyezkedése; mozgása
molekulák → atomok → kationok és elektronok
a plazma elektromos vezető, áramok folynak benne
Definíciók a halmazállapot-változások tárgyalásához
• fázis: az anyag kémiai összetételben és fizikai tulajdonságaiban egységes
(homogén és izotróp) tartománya, a környezetétől határfelület
választja el
• gőznyomás (tenzió): zárt edényben egy kondenzált fázissal dinamikus
egyensúlyban levő gáz nyomása, adott hőmérsékleten
A tiszta víz fázisdiagramja
folyadék
szilárd
p (kPa)
T (°C)
gáz
A Gibbs-féle fázisszabály (a víz példáján)
F + Sz = K + 2
F =
Sz =
K =
• fázison belül:
p
T• fázisátalakulási görbe mentén:
A szén-dioxid fázisdiagramjap (kPa)
T (°C)
A jód fázisdiagramjap (kPa)
T (°C)
Többkomponensű rendszerek
• összetételi változók: tört (százalék), koncentrációfajták...
• telített oldat:
• oldhatóság:
• túltelített oldat:
0
20
40
60
80
100
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
szénpor
CuSO4
KAl(SO4)2
Old
ható
ság
(g /
100
g ví
z)
T (°C)
Szennyezett timsó átkristályosítása
Folyadék-gőz egyensúlyok
• Folyadék egyensúlyi gőznyomása (tenziója), forráspontja
• „B” folyadék illékonyabb, mint „A”, ha pB > pA és TB* < TA
*
Ideális biner folyadékelegyek
BA
A
A
+=
nn
nx
• az oldat feletti gőz össznyomása a két tenzió összege (Dalton-törvény):
A*AA = xpp
B*BB = xpp
• Raoult-törvény (1887)
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
Öss
sz gőzn
yom
ás (
kPa)
A benzol móltörtje, x B
Benzol-toluol elegy gőznyomásgörbéje
*Ap
*Bp
— gőzösszetétel-görbe
(vaporgörbe)
— folyadékösszetétel-
görbe (likviduszgörbe)
T = 20 °C
gőz
folyadék
Öss
z. gő
znyo
más
(kP
a)
A desztilláló berendezés részei és működése
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
75
80
85
90
95
100
105
110
115
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
For
rásp
ont
(°C
)
A benzol móltörtje, x B
Benzol-toluol elegy forráspontgörbéje
*BT
100 kPa külső nyomáson*
AT
gőz
folyadék
75
80
85
90
95
100
105
110
115
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
For
rásp
ont
(°C
)
A benzol móltörtje, x B
Benzol-toluol elegy frakcionált desztillációja
*BT
100 kPa külső nyomáson*
AT
gőz
folyadék
Desztillációs készülékek
egyszerű desztillációs berendezésfrakcionált desztillációra alkalmas berendezés
Nemideális elegy: a sósav desztillációja
90
95
100
105
110
0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30
Hő
mér
sékl
et (
°C)
A HCl tömegtörtje
• Ioncsere
Általános és szervetlen kémia
Laborelıkészítı elıadás II.
• Reális elegyek desztillációja: etanol
• Megoszlási egyensúly, folyadék-folyadék extrakció
• A víztisztítás további módszerei
• Az anyagtisztítási módszerek összefoglaló áttekintése
• Arrhenius sav-bázis elmélete
- savak és bázisok erőssége
- sók előállítása
78
80
82
84
86
88
90
92
94
96
98
100
102
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Hő
mér
sékl
et (
°C)
V /V % alkohol
Alkohol-víz elegyek frakcionált desztillációja
folyadék
gőz
A és B folyadékok ideális és reális elegyei
Ideális elegy Reális elegy
2. típus
Kölcsönhatás
erőssége
Példa
1. típus
Elegyedési hő
Elegyedési
térfogatváltozás
Összes
gőznyomás
Szélsőérték (p-konc.)
Szélsőérték (T-konc.)
Megoszlási egyensúly, kirázás
• Apoláris anyag átoldódása vízből egy vízzel nem elegyedő oldószerbe
• pl. I2 megoszlása víz és CHCl3 között:
⇒
85'
'
aq
org==
c
cD
org
aq
aq
org
/)(
/
V
V
xm
x
Vxm
VxD ⋅
−=
−=
aqorg
aqorg
/1
/
VDV
VDVmx
+⋅=
n
VDV
VDVm
+⋅=
aqorg
aqorg
/1
/
Ioncserélő gyanta előállítása
• nagy molekulatömegű, szintetikus, térhálós polimer
• sztirol és divinil-benzol (térhálósító) kopolimerizációja:
CH
CH2
+
CH
CH2
CH
CH2
+
CH
CH2CH
CH2
+ +
CH
CH2CH
CH2
+ ...
+ ...
...
CH
CH2
CH2
CH
CH2
CH2
CH
CH2
C
CH2
C
CH2CH2
...
térhálósodási fok ~ % DVBsztirol
divinil-benzol(DVB)
kopolimer
RR
RSO3 SO3 SO3 SO3 SO3
SO3 SO3 SO3 SO3 SO3
- -- - -
- - - - -
Kationcserélő gyanta szerkezete
• erősen savas gyanta:
• gyengén savas:
• erősen bázikus gyanta:
• gyengén bázikus:
RR
RN(CH3)3 N(CH3)3
N(CH3)3
N(CH3)3 N(CH3)3 N(CH3)3
++ +
+ + +
Anioncserélő gyanta szerkezete
Az ioncsere gyakorlata
• Mindig először kationcsere, aztán anioncsere
• Kevertágyas ioncserélő:
• A teljes kationcsere H+-okat termel,
a teljes anioncsere ugyanannyi OH− iont (elektroneutralitás):
H+ + OH− = H2O
• A gyanta ioncserélő kapacitása:
• A kationcserélő gyanta regenerálása:
• Az anioncserélő regenerálása:
• Gázhidrátok képződése
További víztisztítási módszerek alapjai I.
nagy
Sótartalom Gazdaságos eljárás
• Desztilláció
(tengervíz:
3.5%)
�
�
�
�
�
�
�
�
�
��
< 1%
”brakkvíz”• Fordított ozmózis
További víztisztítási módszerek alapjai II.
Sótartalom Gazdaságos eljárás
< 1%
”brakkvíz”
• Elektrodialízis
< 0.1% • Ioncsere
További víztisztítási módszerek alapjai III.
Sótartalom Gazdaságos eljárás
Módszerek az oldószer víz eltávolítására
• Bepárlás csökkentett nyomáson
• Liofilizálás (fagyasztva szárítás)
T (°C)
Az anyagtisztítási módszerek összefoglalása
Egyensúly
Szilárd / gőz
Tisztítási módszer Alapfeltétele Példa
Folyadék/foly.
megoszlás
Szilárd / gőz
Szilárd /
oldott anyag
Folyadék / gőz
Ionmegoszlás
oldat / gyanta
Ozmózis