Füüsikaline keemia Kristian Leite Materjalid/ainet andis Kalju Lott TD mõisted Termodünaamiline süsteem ruumiosa, mida iseloomustavad kindlad termodünaamilised suurused. See on eraldatud ümbritsevast piirpinnaga. Olekuparameetrid termodünaamilist süsteemi iseloomustavad suurused n. U,H,G,F. Olekuvõrrand Parameetrite omavaheline sõltuvus n. ideaalgaasi olekuvõrrand Olekufunktsioon süsteemi olekust sõltuv suurus, sellele vastandub protsessifunktsioon (vt.all). On täisdiferentisaalina Protsessifunktsioon süsteemis toimuvat protsessi iseloomustav suurus, sõltub protsessi läbiviimise viisist, tähistatakse väiketähega (töö w, soojushulk q)
*termodünaam. tasakaal- olek, mille puhul term.dünaam. parameetrid enam ei muutu, vt temp teemat *temperatuur-iseloomustab makrokeha kui süsteemi soojuslikku olekut ehk soojusastet.Termodünaamilise tasakaalu puhul on süsteemi kõigi osade temperatuur ühesugune. Temperatuuride erinevuse korral siirdub soojus kõrgema temperatuuriga osadelt madalama temperatuuriga osadele, kuni temperatuuride ühtlustumiseni. *Termodünaamiliseks süsteemiks nimetatakse reaalse või kujuteldava piirpinnaga piiritletud füüsikalist keha või kehade süsteemi, mis on termodünaamilise käsitluse aineks(elusorganism, planeet). Termodünaamilisi süsteeme on võimalik liigitada vastavalt sellele, millises vastastikmõjus nad on oma ümbrusega (isoleeritud-ei vaheta süsteemivälisega energiat ega ainet, suletud-vahetab energiat, aga mitte ainet, avatud-vahetab mõlemat) Kahe keha temp. vahe iseloomustab seda, kui palju ühed osakesed kiiremini liiguvad.
normaalne õhuniiskus. Paljudes kohtades tuleb täpselt jälgida õhuniiskuse suurust. S saab suurendada a)veeauru lisamisega b)temp. alandamisega, vähendada a)veeauru eemaldamisega b) temp. tõstmisega. Kastepunkt- temp, mille juures veeaur küllastub (hakkab tekkima või kaduma udu) Õhuniiskust mõõdetakse hügromeetriga, selle jälgimine on väga tähtis eluruumides, kasvuhoonetes, ladudes, hoidlates. Faasid ja faasisiirded Termodünaamiline faas on ühesuguste omadustega aine, mis on piirpinnaga eraldatud teistsuguste omadustega ainetest. I liiki faasisiirded: sulamine, tahkumine, aurustumine, veeldumine, härmatumine, sublimeerumine. II liik (joonis) Aine sulamisekt vajalik või tahkumisekl eralduv soojushulk Q= (lamda)m (lamda- sulamissoojus- soojushulk, mis sulatab 1kg kristalset ainet sulamistemp. juures. Sulamistemp. määratakse norm. rõhul). Vedeliku aurustamiseks vajalik või kondenseerumisel eralduv soojushulk Q=Lm (L- aurustumissoojus- soojushulk, mis aurustub 1kg vedeliku
ainehulkadega (sest temperatuur ja muud termodünaamilised suurused on defineeritavad vaid suure arvu vabadusastmetega süsteemide jaoks) ja (2) ainult tasakaaluliste olekutega (ehk aeglaste protsessidega, mida võib vaadelda kui tasakaaluliste olekute jada). Termodünaamikas on kesksel kohal soojusnähtused ja nendega seonduvad mõisted (soojushulk, temperatuur, entroopia,soojusmahtuvus jne). Füüsikalist keha või kehade kogumit, mis on piiritletud reaalse või kujuteldava piirpinnaga, nimetatakse termodünaamiliseks süsteemiks ja selle süsteemi oleku muutumist termodünaamiliseks protsessiks. Termodünaamilisi süsteeme ja protsesse saab liigitada vastavalt sellele, millises vastasmõjus on süsteem ümbritseva keskkonnaga (isoleeritud, soojuslikus kontaktis, adiabaatilises kontaktis jne). Reaalsete füüsikaliste süsteemide omadusi õnnestub sageli kirjeldada idealiseeritud mudelite kaudu (näiteks ideaalne gaas).
Sulamite siseehituse kirjeldamiseks kasutatakse mõisteid: komponent, faas ja süsteem. Komponentideks nimetatakse keemilisi elemente ja ühendeid, mis moodustavad sulami. Järelikult on puhas metall ühekomponendiline süsteem. Kahe metalli sulam kahekomponendiline süsteem jne. Faasiks nimetatakse materjali aine füüsikalist agregaatolekut (vedel, tahke, gaasiline), millel on ühesugune koostis ja ning mis on eraldatud teistest erineva omadusega osadest piirpinnaga. Üleminekul ühest faasist teise muutub aine keemiline koostis või struktuur hüppeliselt. Süsteemiks aga nimetatakse muutumatute välistingimuste (rõhk, temperatuur) korral tasakaalus olevat faaside kogumit. Nii näiteks osutub ühtlane vedelik (sulametall) ühefaasiliseks süsteemiks. Puhta metalli primaarse kristalliseerumise etapil koosneb süsteem kahest faasist vedelast (sulametall) ja tahkest (metalli kristallid). Peale tardumist ainult tahkest faasist
Kordamisküsimused: Füüsikalise keemia ja kolloidkeemia Faasiline tasakaal kahekomponentsetes süsteemides 1. Faasilise tasakaalu tingimus. Üldmõisted. Faas – heterogeense süsteemi homogeenne osa, millel on ühesugused termodünaamilised ja keemilised omadused ja milline on teistest faasidest eraldatud piirpinnaga. Komponendid - sõltumatud keemilised ühendid, mille abil saab keemiliselt iseloomustada igat süsteemi faasi ja kogu süsteemi tervikuna. Koostisosaks – on iga aine, mida võib süsteemist eraldada ja mis võib eksisteerida väljaspool süsteemi. Vabadusastmed- süsteemi sõltumatud parameetrid (rõhku, temperatuuri, kontsentratsiooni), mida me võime teatud piirides meelevaldselt muuta, ilma et seejuures faaside arv muutuks.
Vedeliku võimel imbuda kapillaarjõudude toimel materjali defektidesse Sulamid. 1. Mida nimetatakse metalli sulamiks ja mida sulami komponentideks? Aine, mis on saadud kahe või enama metalli või metalli ja mittemetalli ühtesulatamise Aineid, mis moodustavad sulami. 2. Mida nimetatakse metallisulami faasiks ja mida süsteemiks? sulami ühtlast osa, millel on ühesugune koostis ja agregaatolek ning mis on eraldatud sulami teistest osadest (faasidest) piirpinnaga. 3. Mida nimetatakse metallisulami struktuuriks ja milliseid sulami struktuure Te teate (4)? Defineerige neid. Metallimikroskoobis nähtavat faaside paigutust, nende kuju ja mõõtmeid. Vedel, Tahke, Keemiline, Mehaaniline 4. Mida nimetatakse vedelaks lahuseks? Üksteisega töielikult lahustunud 2 metalli. 5. Mida nimetatakse tahkeks lahuseks? Kuidas neid liigitatakse? Seletage lahti. Eristatakse asendus- ja sisestustüüpi tahkeid lahuseid.
Kõige paremini kirjeldab kuumi ja hõredaid gaase. 3. Järeldused molekulaarkineetilise teooria põhivõrrandist. Gaasi rõhk on võrdeline gaasimolekulide konsentratsiooniga ja kulgliikumise keskmise energiaga (gaasi molekulide keskmise kin.energiaga). Rõhk on seda suurem mida rohkem molekule ja energiat. 4. Termodünaamiline süsteem, selle olek ja tasakaaluolek. Makroskoopilist keha või kehade rühma, mis on piiritletud piirpinnaga ja on eristub ümbritsevast keskonnast. Termodünaamilise süsteemi oleku parameetrid on T,P,V- temp, rõhk, ruumala. Muundumatute välistingimustes läheb termodünaamiline süsteem tasakaaluolekusse. Tasakaaluolekus püsivad T,P,V parameetrid kui-tahes kaua muutumatutena, kui süsteemi ei mõjutata väljaspoolt. Väliste mõjude kaasamisega muutuvad olekuparameetrid ja sellega ka süsteem muutub. Kui muutus
Rockwelli meetod - määratakse sissesurumise jälje sügavuse järgi Vickersi meetod - Vickersi meetod põhineb teemantpüramiidi sissesurumisel materjali Knoopi kõvadus Mohsi skaala Shore´i kõvadus 8. Mis on metallisulami komponent? Komponentideks nimetatakse neid aineid, mis moodustavad sulami. 9. Mis on metallisulami faas? Faasiks nimetatakse süsteemi ühtlast osa, millel on ühesugune koostis ja agregaatolek ning mis on eraldatud süsteemi teistest osadest (faasidest) piirpinnaga. 10. Mis on mehaaniline segu metallisulamis? Mehaaniline segu tekib kahest komponendist A ja B siis, kui sulami kristalliseerumisel komponendid teineteises ei lahustu ega moodusta keemilisi ühendeid. Sulam koosneb siis komponentide A ja B kristallidest, mis mikrostruktuuris on üksteisest hästi eraldatavad. 11. Mis on tardlahus? Tardlahuste tüübid. Tardlahused - faasid, milles üks komponentidest säilitab oma kristallivõre, teise komponendi
vähendada? 25. Tasakaalulised protsessid (tuua näiteid). Aurustumine – küllastunud auru rõhk lahuse kohal on tasakaalu tingimustes konstantne suurus. Lahustumine – lahustunud aine jaotumine kahe omavahel mitteseguneva lahusti vahel vastavalt jaotuskoefitsendi väärtusele. Faaside tasakaal 26. Heterogeenne süsteem, faas, faasisiire. Faas - ühtlase koostisega ja konkreetses olekus olev süsteemi osa, mis on teistest faasidest eraldatud piirpinnaga. Faas võib koosneda mitmest ainest. Faasisiire e faasi üleminek, on aine üleminek ühest faasist teise. 27. Aururõhk, aurustumissoojus, sulamissoojus. Aurustumine on vedela faasi üleminek gaasiliseks, energia neeldub. Aine faasi aururõhk on rõhk, mida avaldab selle kondenseeritud faasiga (dünaamilises)tasakaalus olev aur. Kerge aururõhuga vedelikke nim lenduvateks. Kõrgemal temp on molekulil
juurde , siis on soojuseffekt pos. kui süsteemist soojus eraldub tekkeentalpiad vôrduvad nulliga. Hess´i seadus reaktsiooni on soojuseffekt negatiivne. Süsteem peab olema määratud pööratavale (ideaalsele protsessile) enalpia muut võrdub elementaarreakstioonide entalpia muuduga. piirpinnaga. Energia energia ühikuks on dzaul. Siseenergia on 9. Absoluutse entroopia arvutamine Standardolek tavaliselt 298K ja 1atm. tekkesoojus: olekufunktsioon M-maksroskoopiline; m-mikroskoopiline: H 0
ühest keskkonnast teise. Seejuures kehtib seaduspärasus, et mida järsemalt kiired langevad, seda vähem valgust tagasi peegeldub ja seda rohkem läheb edasi teise keskkonda. Need kaks nähtust esinevad nii valguse levimisel õhust vette kui veest õhku. Kui sa tegid läbi töövihiku praktilise ülesande klaasplaadiga, siis sa juba tead, et ühest läbipaistvast keskkonnast teise minekul valguse levimise suund üldjuhul muutub (ei muutu vaid siis, kui valgus langeb kahe keskkonna piirpinnaga risti). Valguse levimise suuna muutumist valguse levimisel ühest läbipaistvast keskkkonnast teise nimetatakse valguse murdumiseks. Seda teades püüame selgitada, millised valguskiired erinevate vaatlejate silma satuvad. Joonis 3.18. Kust jõuab valgus vaatleja silma? 37
Kristallilised kehad sulavad kindlal temperatuuril, mida nimetatakse. Kogu sulamise jooksul on temperatuur jääv. Tahkiseid, millel puudub kindel sulamistemperatuur, kristallvõre (ruumvõre) ja anisotroopsus, nimetatakse ( klaas, pigi, vaha, või, rasvad jne.). Faasiks nimetatakse termodünaamilise süsteemi kõigi ühesuguse keemilise ja füüsikaliste omadustega osade kogumit, mis on süsteemi teistest osadest eraldatud piirpinnaga. Näiteks vesi (ka udupiiskadena) ja veeaur moodustavad kaks eri faasi. Faasisiire on aine üleminek ühest faasist teise. Näiteks jää vesi aur või jää aur (jäätanud pesu kuivamine ) või aur jää (õhuniiskusest tekkinud jäälilled aknal) Mõnikord loetakse omaette agregaatolekuks plasma olekut. Plasma on osaliselt või täielikult ioniseerunud gaas. Plasma koosneb ioonidest,
avatud (toimub aine- ja energiavahetus süsteemi ja keskkonna vahel) suletud (toimub ainult energiavahetus) isoleeritud (ei toimu mingit vahetust) Süsteemid _ Homogeensed süsteemi omadused on kõikides süsteemi osades samad või muutuvad ühest kohast teise üleminekul pidevalt. _ Heterogeensed koosnevad mitmest erisuguse omadusega osast (ehk faasist). _ Faas - ühtlase koostisega ja konkreetses olekus olev süsteemi osa, mis on teistest faasidest eraldatud piirpinnaga. Faasisiire ehk faasiüleminek on aine üleminek ühest faasist teise (ilma keemilise koostise muutumiseta). _ jää sulamine, grafiidi muundumine teemandiks Faasi ülemineku määratavad faktorid _ jõud molekulide/ioonide/aatomite vahel (van der Waalsi jõud, keemiline side); _ vesiniksidemed; _ osakeste mass (aatommass või molekulmass); _ osakeste kuju. Aurustumine vedeliku üleminek gaasilisse olekusse, energia neeldub Edasisel jahutamisel vesi kondenseerub: tekib udu või kaste.
Absorptsioon on keemias gaasi või gaasisegu neeldumine vedelikus või tahkises, harvem mõeldakse selle all vedeliku neeldumist tahkises. Neeldumiskeskkonda või -ainet nimetatakse absorbendiks, neeldunud ainet aga absorbaadiks. Gaaside kuivatamiseks või mõne gaasisegus sisalduva komponendi absorbeerimiseks kasutatakse absorptsioonikolonni. Erinevalt adsorptsiooninähtusest lahustub gaas (või muu aine) kogu absorbendi ruumala ulatuses, adsorptsioonis on see seotud aga aine (adsorbendi) piirpinnaga. 48. Millised ained on hüdrofoobsed, millised hüdrofiilsed? Hüdrofoobsus on aine omadus, mille puhul ainel puudub vastasmõju vedelikuga ning aine ei märgu ega lahustu vedelikus ja aine ei saa moodustada vesiniksidemeid. Hüdrofoobsed ained on nt paljud metallid ja teatud orgaanilised ained (molekulid ei sisalda polaarseid aatomirühmi). Hüdrofoobsed ained lahustuvad apolaarsetes/orgaanilistes lahustites. Hüdrofiilsus ehk veelembus on aine võime vastastikuliseks mõjuks veega.
Tasakaal sõltub: rõhust, reagentide lisamisest, temperatuurist. Reaktsioon, mis antud tingimustel ei toimu (näiteks hapniku ja vesiniku segu toatemperatuuril ja normaalrõhul), ei toimu ka tingimuste väikese muutuse korral. Faaside tasakaal 1. Heterogeenne süsteem, faas, faasisiire. Heterogeensed – koosnevad mitmest erisuguse omadusega osast (ehk faasist). Faas - ühtlase koostisega ja konkreetses olekus olev süsteemi osa, mis on teistest faasidest eraldatud piirpinnaga. Faas võib koosneda ka mitmest ainest. Faasisiire ehk faasiüleminek- aine üleminek ühest faasist teise (ilma keemilise koostise muutumiseta).(Nt, jää sulamine, grafiidi muundumine teemandiks) Faasiüleminekud toimuvad kindla temperatuuri ja rõhu juures, mis sõltuvad ka aine puhtusest. 2. Aururõhk, aurustumissoojus, sulamissoojus. Aururõhk on rõhk, mida avaldab selle kondenseeritud faasiga dünaamilises tasakaalus olev aur
- metallisulamite faasid; Faas ehk aine faas on aine olek, milles keemiline koostis ja füüsikalised omadused on selle aine ulatuses ühesugused. Faas on struktuurivorm. Täpsem seletus on, et faas on heterogeense termodünaamilise süsteemi (näiteks sulamisüsteemi) kõikide ühtsete füüsikaliste omadustega (murdumisnäitaja, kristallisüsteem, tihedus) ja ühesuguse keemilise koostisega osade kogum. Erinevad faasid on üksteisest eraldatud piirpinnaga, erinevatel faasidel on erinevad omadused, näiteks teistsugune tihedus, kristallistruktuur või värvus. On olemas homogeenseid ja heterogeenseid sulamisüsteeme, mis koosnevad vastavalt ühest ja kahest faasist. Sageli käsitletakse faase kui aine erinevaid olekuid (vedel, tahke, gaasiline, plasma). Tegelikult hõlmab faas nii aine olekut kui ka oleku sees toimuvaid struktuurimuutusi. Kui näiteks sulam läheb vedelast olekust tahkesse, siis muutub ka selle faas. Aga ühes
Faaside omadust vastu panna aine dispergeerimisele nimetatakse kohesiooniks. Tööd kohesiooni ületamiseks nimetatakse kohesioonitööks. Joonisel kujutatud ühe pindalaühiku kohta Adhesioon Kolloidkeemia Kristian Leite 2012 Materjal/aine Kalju Lott Kujutame ette kaht faasi, mis on seotud piirpinnaga. Selle piirpinna katkestamiseks on vaja teha tööd, sest pinnaenergia kasvab pindade lisandumisel. Faaside omadust kokku liibuda nimetatakse adhesiooniks ja selle ületamiseks vajaminevat tööd adhesioonitööks. Kolloidkeemia Kristian Leite 2012 Materjal/aine Kalju Lott 23. Kohesioonitöö ja aurustumissoojus. Dupre võrrandi
80. Adsorptsioon vedeliku ja gaasi piirpinnal. Piirpinnal jäävad vedeliku molekulide jõuväljad kas suuremal või vähemal määral välise faasi poolt kompenseerimata. Mida lähedamal on molekul pinnale, seda rohkem jääb jõuväli kompenseerimata. Selle tõttu suureneb pindkihi potentsiaalne energia. Erinevalt adsorptsiooninähtusest lahustub gaas (või muu aine) kogu absorbendi ruumala ulatuses, adsorptsioonis on see seotud aga aine (adsorbendi) piirpinnaga. 81. Absorptsioon ja adsorptsioon (erinevus). Absorptsioon on keemias gaasi või gaasisegu neeldumine vedelikus või tahkises, harvem mõeldakse selle all vedeliku neeldumist tahkises. Neeldumiskeskkonda või -ainet nimetatakse absorbendiks, neeldunud ainet aga absorbaadiks. Adsorptsioon süsteemi mingi komponendi isevooluline kogunemine faaside (tahke-gaas, vedelik-gaas) eralduspinnale Kui adsorptsioon kandub edasi faasi sisemusse (gaasi neeldumine vedelikes), nimet
Väljaspoole süsteemi jääb ümbrus (ümbruskond) Süsteeme võib jaotada järgmiselt: · Isoleeritud süsteem ei vaheta ümbrusega ainet ega energiat · Suletud süsteem ei vaheta ümbrusega ainet, võib vahetada energiat · Avatud süsteem vahetab ümbruskonnaga nii ainet kui energiat Faas - ühesuguse koostisega ja ühesuguste füüsikaliste omadustega ja konkreetses olekus olev süsteemi osa. Faas on eraldatud teistest faasidest piirpinnaga. Faasisiire ehk faasiüleminek on aine üleminek ühest faasist teise. Faasisiirded on võimalikud juhtudel, kui on tegemist aine füüsikalise oleku muutumisega ja kristallmodifikatsiooni muutusega. Faasi (oleku) ülemineku toatemperatuuril ja atmosfäärirõhul määravad järgmised faktorid: · jõud molekulide/ioonide/aatomite vahel (van der Waalsi jõud, vesinikside, keemiline side). Sidemete tugevus ainet moodustavate osakeste (aatomite, ioonide, molekulide) vahel:
annaabi.ee 
