高分子材料化学基础第八章物理化学基础(六)溶液与相平衡
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第六章相平衡一.基本要求1.掌握相平衡的一些基本概念,会熟练运用相律来判断系统的组分数、相数和自由度数。
2.能看懂单组分系统的相图,理解相图中的点、线和面的含义及自由度,知道相图中两相平衡线的斜率是如何用Clapeyron方程和Clausius-Clapeyron方程确定的,了解三相点与凝固点的区别。
3.能看懂二组分液态混合物的相图,会在两相区使用杠杆规则,了解蒸馏与精馏的原理,知道最低和最高恒沸混合物产生的原因。
4.了解部分互溶双液系和完全不互溶双液系相图的特点,掌握水蒸汽蒸馏的原理。
5.掌握如何用热分析法绘制相图,会分析低共熔相图上的相区、平衡线和特殊点所包含的相数、相的状态和自由度,会从相图上的任意点绘制冷却时的步冷曲线。
了解二组分低共熔相图和水盐相图在湿法冶金、分离和提纯等方面的应用。
6.了解生成稳定化合物、不稳定化合物和形成固溶体相图的特点,知道如何利用相图来提纯物质。
二.把握学习要点的建议相律是本章的重要内容之一,不一定要详细了解相律的推导,而必须理解相律中各个物理量的意义以及如何求算组分数,并能熟练地运用相律。
水的相图是最简单也是最基本的相图,要把图中的点、线、面的含义搞清楚,知道确定两相平衡线的斜率,学会进行自由度的分析,了解三相点与凝固点的区别,为以后看懂相图和分析相图打好基础。
超临界流体目前是分离和反应领域中的一个研究热点,了解一些二氧化碳超临界流体在萃取方面的应用例子,可以扩展自己的知识面,提高学习兴趣。
二组分理想液态混合物的相图是二组分系统中最基本的相图,要根据纵坐标是压力还是温度来确定气相区和液相区的位置,理解气相和液相组成为什么会随着压力或温度的改变而改变,了解各区的条件自由度(在二组分相图上都是条件自由度),为以后看懂复杂的二组分相图打下基础。
最高(或最低)恒沸混合物不是化合物,是混合物,这混合物与化合物的最根本的区别在于,恒沸混合物含有两种化合物的分子,恒沸点的温度会随着外压的改变而改变,而且两种分子在气相和液相中的比例也会随之而改变,即恒沸混合物的组成也会随着外压的改变而改变,这与化合物有本质的区别。
溶胀:溶剂分子渗入聚合物内部,溶剂分子和高分子的某些链段混合,使聚合物体积膨胀有限溶胀:最终不能达到溶解的溶胀,产生的条件:非良溶剂或交联聚合物无限溶胀:最终能达到溶解的溶胀,产生的条件:线性聚合物在良溶剂中溶解度参数:内聚能密度的平方根θ状态:溶剂分子之间、高分子链段之间以及高分子链段和溶剂分子间相互作用能相等,高分子链可互相贯穿并处于无扰状态。
X1:哈金斯参数,反映高分子与溶剂混合时相互作用能的变化。
松弛过程:在一定温度和外场作用下,聚合物从一种平衡态通过分子运动过渡到另一种与外界条件相适应的平衡态总是需要时间的现象。
玻璃化转变:玻璃态和高弹态之间的转变高弹性:聚合物的分子中链发生了运动,使长链分子由卷曲状态变成伸展状,当外力消除后,形变可完全恢复,材料的这种性质称为高弹性。
Tg:玻璃化转变的转变温度称为玻璃化转变温度,用Tg表示熔融指数:在一定的温度和负荷下,高分子熔体在10min流经一个规定直径和长度的标准毛细管的质量(g)。
假塑性流体:低剪切速率下的流动行为符合牛顿流体行为,但随着剪切速率增大,黏度降低。
具有这种流动行为的流体称为假塑性流体。
表观黏度:在中等剪切速率范围内流体所受到剪切应力与剪切速率的比值剪切变稀:表观粘度随剪切速率的增加而减小脆性断裂:断裂前试样没有明显的变化,断裂面一般与拉伸方向相垂直,断裂面光洁。
一般出现于屈服点之前的断裂。
韧性断裂:断裂前试样发生缩颈现象,断面粗糙。
一般发生于屈服点之后的断裂。
强迫高弹形变:Tg或Tm一下的大应力大形变,去除外力,形变不能回复,但加热至Tg 或Tm以上,形变大部分能恢复高分子的热运动特点:①运动单元的多重性,小运动单元(侧基、支链、链节、链段)和大运动单元(分子链)的运动②高分子热运动是一种松弛过程——分子运动具有时间依赖性③高分子热运动与温度有关——分子运动具有温度依赖性影响聚合物Tg(玻璃化转变温度)的结构因素和影响规律:链结构(主链结构、取代基和链构型),分子量,支化、交联和结晶,共聚,共混,分子间作用力,外界条件链柔性(最重要),主链柔性越好,Tg越低①对称取代——极性减弱,分子间作用力下降,Tg下降②不对称取代——数量增加,内旋转阻力增大(柔性变差),Tg上升③取代基越大——分子间距变大,分子间作用力下降,Tg下降一、聚合物的粘性流动:高分子流动是通过链段的位移运动来完成的,链段运动带动整个分子链位移,高分子流动不符合牛顿流体的流动规律,高聚物熔体为非牛顿流体,高分子流动时伴有高弹形变二、粘流温度Tf的影响因素:分子链的结构(链柔性、分子间作用力、分子量)及外力(外力大小与作用时间)三、高分子流动性影响因素:链结构的影响(分子量、分子量分布、支化)、外界条件(温度、剪切速率和剪切应力)四、分析加工条件(温度、剪切应力、剪切速率)对不同结构聚合物流动性的影响规律,并得出结论。
物理化学第六章(相平衡)知识总结在环境污染中,化学污染与物理污染是非常普遍的而且涵盖量很大的两类污染,物理化学学科是在物理与化学两大基础学科上发展起来的,所以对环境专业的学习有很大帮助,在环境专业中占有重要地位。
我国环境污染越来越严重,许多环境问题急需解决,而物理化学提供了许多基本原理,我们可以运用这些原理来解决环境问题,所以学好物理化学也是每个环境专业的学生的重中之重,下面我会对本学期物理化学学科在其中第六章(相平衡)中的知识点作一个总结与思考。
物理化学的研究内容大致可以概括为三个方面:化学体系的宏观平衡性质,以热力学的三个基本定律为理论基础,研究宏观化学体系在气态、液态、固态、溶解态以及高分散状态的平衡物理化学性质及其规律性。
而第六章讲解的内容属于宏观的平衡性质,是物理化学中较基础的部分。
在化学研究和化学生产过程中的分离操作步骤经常会遇到各种想变化的过程,比如蒸发、冷凝、溶解、萃取和结晶等,在这些过程中涉及到不同的相之间的物质的传递过程。
相平衡研究就是这些单元操作的理论基础,有着至关重要的作用。
相平衡的研究任务就是要揭示多想平衡体系中的各种强度量与相变化过程的关系,而相律是用来表示相平衡系统的独立变量数和相数、独立组分数之间关系的规律。
第一节、相律一、相、组分和自由度1、相和相数(P)相:所有的性质(物理性质、化学性质)完全均匀的部分相数:体系中相的总数,用P表示2、组分和组分数(C)在不发生化学变化时的系统中,组分数等于系统中存在的物质数目(物种数S):发生化学变化时等于系统中存在的独立物质的数目(独立的种数)C=S-R-R’组分数=物种数-化学变化反应数-独立的浓度关系式数3、自由度和自由度数(F)自由度:能够维持系统原有的相数而可以独立改变的变量成为自由度自由度数:自由度的数目,用F表示。
二、简单相平衡系统分析1、单组份系统C=1gP=1 l F=2(T,P)sl-gP=> P=2 l-s F=1(T或P)s-gP=3 g-l-s (0.0098℃,610.5Pa)F=02、双组份系统(C=2)组分数增多,自由度数增多F随C增大,随P减小,F=C-P+2三、吉布斯相律相律的形式F=C-P+NN:包含所有处界影响因素(含温度、压力)的数目,则相律的形式应为F=C-P+N(电场、磁场、重力场等)N=2时,表示系统整体的温度,压力皆相同,即有F=C-P+2。