MeRSZ online
okoskönyvtár
Több száz tankönyv egy helyen.
Online. Bárhol. Bármikor.
Általános és bioszervetlen kémia
Halmazállapot-változások nyomás- és hőmérsékletfüggése: fázisdiagramok
Az anyag különböző halmazállapotbaneltérőfizikai állapotú fázisokat képez, amelyeket makroszkopikusan észlelhető határfelületek választanak el egymástól. A halmazállapot-változások egyben fázisátmcnctckct is jelentenek, nyomástól és hőmérséklettől való függésük fázisdiagrammal jellemezhető.
A kémiailag tiszta, egykomponensű anyagok fázisdiagramja három mezőből áll, amelyek a szilárd (kristályos), folyékony és gázhalmazállapotnak felelnek meg (53. ábrák és 54. ábrák). A mezőket az SZH szublimációs, a HF olvadási-kristályosodási (fagyás) és a HK párolgási-kondenzációs görbék választják el egymástól. Mindegyik görbe mentén az anyag kétféle halmazállapota van egyensúlyban. A görbék metszéspontja a hármaspont (H), ahol az anyag mindhárom halmazállapotú formája egyensúlyban van.
Harvard
(): . : .
: /hivatkozas/m1438aebszk_656/#m1438aebszk_656 ()
Chicago
. . . : .
(: /hivatkozas/m1438aebszk_656/#m1438aebszk_656)
APA
(). . .
(: /hivatkozas/m1438aebszk_656/#m1438aebszk_656)
53. ábra.
A víz fázisdiagramja (nem méretarányos)
Harvard
(): . : .
: /hivatkozas/m1438aebszk_658/#m1438aebszk_658 ()
Chicago
. . . : .
(: /hivatkozas/m1438aebszk_658/#m1438aebszk_658)
APA
(). . .
(: /hivatkozas/m1438aebszk_658/#m1438aebszk_658)
54. ábra. A szén-dioxid fázisdiagramja (nem méretarányos)
Az olvadás- és fagyáspont (53. ábra) az a hőmérséklet, amelynél normál légköri (atmoszférikus) nyomáson (0,1 MPa vagy 1 atm) az anyag szilárd és folyékony halmazállapotú formájának gőznyomása megegyezik. A forráspont az a hőmérséklet, ahol a folyadék gőznyomása eléri a légköri nyomás (0,1 MPa) értékét. A forráspontnál magasabb hőmérsékleten a folyadék-gőz egyensúlyi görbe a kritikus pontban (K) végződik. A kritikus pontban a folyadék és a gőzsűrűsége egyenlővé válik, a folyadék-gőz fázishatár eltűnik. A kritikus pontnak megfelelő nyomás és hőmérséklet a kritikus nyomás és kritikus hőmérséklet. A kritikus hőmérséklet alatt az anyag gőzként viselkedik és a nyomás emelésével cseppfolyósítható. A kritikus hőmérséklet felett viszont az anyag gázként viselkedik és nagy nyomáson sem cseppfolyósítható. A hármaspont általában különbözik az anyag olvadás- és fagyáspontjától.
A hármaspontban három fázis, míg az olvadáspontban csak két fázis van egyidejúleg egyensúlyban (53. ábra). A hármaspont a víz fázisdiagramján az atmoszférikus nyomás alatt, a szén-dioxid fázisdiagramján az atmoszférikus nyomás felett van (54. ábra). A szilárd víz (jég) először megolvad, mivel szublimációs gőznyomása az atmoszférikus nyomásnál kisebb értéknél egyenlővé válik a folyékony víz gőznyomásával.
A szilárd szén-dioxid (szárazjég) viszont melegítés hatására szublimál (,,eltűnik"), közvetlenül gázhalmazállapotúvá alakul, mivel a szilárd fázis gőznyomása egyenlő lesz az atmoszférikus nyomással (0,l MPa), mielőtt megolvadna. Azt a hőmérsékletet, amelyen ez bekövetkezik, az anyag szublimációs pontjának nevezzük.
Az olvadáspont csak kis mértékben függa nyomástól, ezért alegtöbb anyag fázisdiagramjána HF szakasz csaknem párhuzamos a nyomástengellyel vagy kis mértékben a hőmérséklettengely felé hajlik, mint pl. a szén-dioxid fázis diagramján. Ez utóbbi azt jelzi, hogy az olvadáspont növekszik a nyomás növelésével. Ezzel szemben a HF-szakasznak megfelelő egyenes a víz fázis-diagramján a nyomástengely felé hajlik, azaz a jég olvadáspontja a nyomás növelésekor csökken. A szén-dioxid és általában a legtöbb más anyag esetén is, a szilárd fázis sűrűsége nagyobb, mint a folyékony fázisé. A nyomás növelésével a molekulák közelebb kerülnek egymáshoz, mintegy stabilizálva a szilárd halmazállapotot, ezért nagyobb kinetikai energia (magasabb hőmérséklet) szükséges a molekulák egymástól történő eltávolításához. Ezzelszemben a víz sűrűsége 4·°C hőmérsékleten, folyékony halmazállapotban maximális és sűrűsége kisebb lesz a fagyásponton (0 °C), amikor megszilárdul, jéggé alakul. A nyomás növelése tehát a nagyobb sűrűségű folyékony halmazállapot kialakulását segíti elő.
A fenti jelenség egy egyszerű kísérlettel igazolható. Ha egy fémhuzal két végére súlyt erősítünk, majd a huzalt a nehezékekkel együtt egy jégtömbre helyezzük, akkor a huzal a jégtömböt rövid időn belül kettévágja, mivel a jég és a huzal érintkezési pontján megnövekedett nyomás hatására a jég megolvad. Ugyanezt a kísérletet szárazjéggel (szilárd CO2) elvégezve hasonló jelenségetnem tapasztalunk. Egy másik gyakran említett példa, hogy korcsolyázás során a korcsolya éle és a jég érintkezési felületén a jég megolvad, ezért a korcsolyázók gyakorlatilag egy vékony folyadékrétegen csúsznak.
A fázisdiagram SZH és HK szakaszaiból kin1nik, hogy az anyagok szublimációs és forráspontja széles határok között változik a nyomással. Ha csökkentjük a külső nyomást, az anyagok szublimációja alacsonyabb hőmérsékleten megy végbe, azaz a szublimációs pont csökken. Ezen alapul afagyasztva szárítás vagy más néven a liofilezés módszere. Liofilezés során hőérzékeny oldott anyagot (fehérjék, gyógyszerek, kávé stb.) tartalmazó oldatokból az oldószer (általában víz) eltávolítása az oldószer fagyáspontja alatti hőmérsékleten, alacsony nyomáson (vákuum alatt) bekövetkező szublimációjával történik.
Tartalomjegyzék
- ÁLTALÁNOS ÉS BIOSZERVETLEN KÉMIA
- Impresszum
- Az Olvasóhoz
- Általános kémia
- Kémiai alapfogalmak
- Az atomok elektronszerkezete és a periódusos rendszer
- A molekulák szerkezete
- Halmazállapotok
- Oldatok és kolloidok
- A víz és a vizes oldatok
- Kémiai egyensúlyok
- A kémiai egyensúly törvénye
- Egyensúlyok elektrolitoldatokban
- A víz disszociációs egyensúlya: Kv, pH és pOH
- Savakdisszociációs egyensúlya: Ks
- Bázisok disszociációs egyensúlya: Kb
- Összefüggés a Ks, Kb és Kv között
- Ionok reakciója vízzel
- Vizes sóoldatok kémhatása: hidrolízis
- A közös ion hatása
- Titrálási görbék
- Többértékű savak disszociációja
- Pufferoldatok
- Foszfátpuffer
- Hidrogén-karbonát–szén-dioxid puffer
- A víz disszociációs egyensúlya: Kv, pH és pOH
- Elektrolitok oldhatósága és az oldhatósági szorzat
- Kémiai termodinamika
- Reakciókinetika
- Elektrokémia
- A redoxifolyamatok termodinamikája
- Az elektrokémia gyakorlati alkalmazásai
- Bioszervetlen kémia
- Komplex vegyületek
- Az élethez szükséges elemek áttekintése
- Az alkálifémek szerepe biológiai rendszerekben
- A magnézium és a kalcium biológiai jelentősége
- Az átmenetifémek komplexei
- A vas biológiai jelentősége
- A réz biológiai jelentősége
- A cinkcsoport elemeinek biológiai jelentősége
- Metallotioneinek és funkciójuk
- A molibdén és a mangán biológiai szerepe
- A vanádium, króm, kobalt és nikkel élettani hatása
- A platinakomplexek daganatellenes hatása
- Az alumínium- és az óncsoport elemeinek biológiai szerepe
- A szilíciumvegyületek biológiai szerepe
- A nitrogén és foszfor szerepe a biológiai rendszerekben
- Az oxigéncsoport elemeinek biológiai jelentősége
- A halogének bioszervetlen kémiája
- Irodalom a bioszervetlen kémia fejezeteihez
- Rendszám- és atomtömeg-táblázat
Kiadó: Semmelweis Kiadó
Online megjelenés éve: 2026
ISBN: 978 963 331 705 1
A könyv feladata, hogy az orvostudományt, gyógyszerésztudományt és biológiát választó egyetemi szak hallgatóit és e téma iránt érdeklődőket megismertesse egyrészt a kémia tudomány alapjaival, az általános kémiával, másrészt a fémek és nemfémes elemek biológiai szerepével, a bioszervetlen kémiával vagy másképp, szervetlen biokémiával.
Hivatkozás: https://mersz.hu/erdoddi-gergely-vereb-altalanos-es-bioszervetlen-kemia//
BibTeXEndNoteMendeleyZotero
gomb segítségével választhatsz, hogy fejezetről fejezetre lapozva vagy inkább folyamatosan görgetve olvasnád-e a könyvet.
