fazlar, faz diyagramları ve Çözünürlük

Prof.Dr. İbrahim USLU

Fazlar ve Çözünürlük


Prof.Dr. M. Levent AKSU İle


Faz nedir

• Bir sistemin tektür (homojen) bir parçası olan ve sistemin diğer

parçalarından kesin bir sınırla ayrılmış olan bölüme faz denir.

• Bu tanıma göre bir kap içindeki su, üzerindeki su buharı ile

beraber iki fazdan oluşan; buzlu su ise, üç fazdan oluşan bir

sistemdir.


Suyun Fazları


Faz Sayısı, P

• Sistemdeki faz sayısı P ile gösterilir .

• Örneğin bir gaz karışımı veya kristal haldeki bir katı tek

fazlıdır .

• Ancak su-buz karışımı iki fazlı bir sistemdir .


Faz nedir?

• Faz kelimesi Yunanca da “görünüş” anlamındadır . Faz

maddenin hem kimyasal hem de fiziksel açıdan homojen olan

haline denir .

• Maddelerin tek bir sıvı ve tek bir gaz fazı varken katı halde

deki faz sayısı birden fazla olabilir.(Örneğin beyaz fosfor,

kırmızı fosfor )

• Bileşenden kasıt ise sistemde bulunan tür sayısıdır . Örneğin

ikili bir sistem çözücü ve çözünen bileşenlerinden oluşur .


Katı Halde Birden Fazla Faz

• Maddelerin tek bir sıvı ve tek bir gaz fazı varken katı halde

deki faz sayısı birden fazla olabilir.

• Örneğin beyaz fosfor, kırmızı fosfor gibi fosfor birden fazla

katı fazı vardır.

• Beyaz fosfor çok tehlikelidir.

• Kimyasal silah olarak kullanılabilir.


Beyaz Fosfor

• Fosfor dumanının teneffüs edilmesi ciğerlerde ani yaralar oluşmasına ve

teneffüs eden kişinin havasızlıktan boğulmasına yol açmaktadır.

• Hemen sonraki aşamada insan vücudu içten dışa doğru yanmaktadır.

• Çoğu kez, beyaz fosforla yanan kişinin elbiselerinde fazla iz meydana

gelmemekte, yanma reaksiyonu vücut içinden cilde kadar sürmektedir.

• Beyaz fosfor kullanımı sonrasında çekilen fotoğraflar, kemiklerine kadar

yanmış, ancak elbiseleri pürüzsüz kurbanlar bulunduğunu ortaya koymuştur.

• Yanma reaksiyonu bir kez başladığında durdurulamamaktadır. Nihai

etki,napalmın aynısı, hatta daha kötüsüdür.


Bileşen sayısı, C

• Dengede bulunan bir sistem bileşiminde kimyasal formül ya da

denklem şeklinde gösterilebilen, kimyaca bağımsız maddelerin

sayısıdır.

• Örneğin, dengeli karışım şeklindeki buz, su ve su buharının

bileşen sayısı 1 'dir; çünkü her üç faz "H20" kimyasal formülü ile

gösterilebilir veya yağ, su ve emülgatörden oluşan 2 fazlı bir

sistem olan emülsiyon ise 3 bileşenli bir sistemdir.


Bileşen sayısı, C

• Sistemdeki bileşenlerin sayısı C sistemde bulunan fazların bileşimlerini tanımlamak için gerekli minimum sayıda bağımsız türdür.

• Eğer sistemde bulunan türler birbirleri ile reaksiyona girmiyorlarsa ,sistemde bulunan bileşenlerin sayısı bulunan türlerin sayısıdır.

• Örneğin saf su tek bileşenli, su/ metanol karışımı ise iki bileşenli bir sistemdir .

• Saf bir gaz için C değeri, sistemde tek bir çeşit molekül

• veya bileşen olduğu için 1'dir.


Faz kuralının tek bileşen içeren bir sisteme uygulanması

sonucu hesaplanan serbestlik dereceleri (F)


Reaksiyonlu Sistemlerde Bileşen sayısı

• Ancak sistemde bulunan türler reaksiyona girip bir denge

oluşturuyorlarsa durum değişir.

• Örneğin

• NH4Cl(k)NH3(g) + HCl(g)

• Reaksiyonunu alalım . Görüldüğü gibi sistemin her iki fazı

da “NH4Cl” formal yapısındadır . Bu durumda sistem tek

bileşenlidir. Ancak sisteme bir miktar HCl katarsak HCl

ve NH3’ün bağıl değerleri artık gelişigüzel bir haldedir ve

sistem çok bileşenli bir haldedir.


Örnek

• CaCO3(k) CaO(k) + CO2(g) Sistemini alalım .

• Bu iki bileşenli bir sistemdir. Çünkü CaO tek başına CaCO3(k)’ın bileşimini

tanımlamaz.

• Ayrıca bu üç tür reaksiyon stokiometrisi ile birbirine bağlı olduklarından

ister saf CaCO3(k) ister saf CaO(k) isterse saf CO2(g) veya her

üçünden de gelişigüzel miktarlarda alalım sistem daima iki bileşenlidir.

• Sistemde bulunan bileşenlerin sayısı

• C=S-R

• şeklinde tanımlanır . Burada S: Her iki faz sisteminde bulunan farklı

türlerin sayısı R: Bu türler arasında bulunan ilişkilerin sayısı ( örneğin

denge reaksiyonları veya yük nötralliği )


Sulu sukroz çözeltisi

• Sistemde bulunan türler (S) = 2 (su ve sukroz molekülleri )

• Aralarındaki ilişki sayısı ( R) = 0

• C=2-0=2


Sulu NaCl çözeltisi

• Sistemdeki türler (S)= 3 (su molekülleri , Na+ ve Cl- iyonları )

• Aralarındaki ilişki sayısı ( R) =NaCl→ Na+ ve Cl- (Yük

nötralliği) =1

• C= 3 -1 = 2


Sulu fosforik asit

• Sistemdeki türler (S)= 6 ( H2O, H3PO4, H2PO4-, HPO4

2-, PO43-, H+)

• Aralarındaki ilişki sayısı ( R) =4

• Bunları listeleyelim

• i) asit dengeleri

• H3PO4(sulu) H++ H2PO4-(sulu)

• H2PO4-(sulu) H++ HPO4

2-(sulu)

• HPO42-(sulu) H++ PO4

3-(sulu)

• ii) Yük nötralliği

• H3PO4 (sulu) 3H+ + PO43-(sulu)

• C = 6 – 4 = 2


Gıbbs’in Faz Kuramı

• İki faz denge halinde ise

• eğer üç faz denge halinde ise

• Bu denklem aynen iki bilinmeyenli bir denklem gibi sabit T ve

P değerlerinde çözüm verir .

• Serbestlik derecesi (F) = Sağlanması gereken minimum denklem sayısı

veya bir sistemde belirtilmesi gereken minimum değişken sayısıdır .

•

)P,T()P,T(

)P,T()P,T()P,T(


Şimdide P tane faz ve C tane bileşen içeren bir sistem için

• Önce şiddet veya intensif özellikleri sayalım :

– Basınç (P)

– Sıcaklık(T) .

• Bunun yanı sıra fazın bileşimini tanımlamak için C-1 tane bileşenin mol

kesirlerinin verilmesi gerekir (x1 +x2 + ……+ xC = 1) .

• Burada P tane faz olduğuna göre toplam mol kesri sayısı :P (C -1) .

Bu durumda toplam değişken sayısı :

• P (C -1)+2 olur.


Denge halinde bir J maddesini her bir fazdaki kimyasal potansiyeli eşittir

• ( P tane faz için )

• Dolayısıyla her J bileşeni P -1 tane denklem sağlamalıdır .

• (aradaki her = işareti sağlanması gereken bir denklemi göstermektedir) .

• Bu durumda her bir fazda C tane bileşen olduğuna göre sağlanması gereken toplam denklem sayısı C(P- 1) olur .

......,J,J


• Fazlar arasında oluşan denge İncelenirken, Gibbs tarafından

önerilen eşitlik kullanılır:

• Burada C, sistemdeki bileşen veya bileşen çeşidi sayısını; P

ise, sistemdeki faz sayısını göstermektedir. F değeri de

serbestlik derecesidir.

• Bu değer, sistemin mevcut durumunu koruyabilmesi veya

sistemin tümüyle tanımlanabilmesi için bilinmesi gereken en az

değişken sayısını verir.

• Bu değişkenler sistemi tanımlayan basınç, sıcaklık veya sistemi

oluşturan bileşenlerin oranlan gibi değişkenlerdir


Serbestlik derecesi

• Sistemin tanımlanması için gerekli olan değişken sayısıdır.

• Bu değişkenler, sıcaklık, basınç, konsantrasyon, kırılma indisi

ve viskozite gibi özelliklerdir.

• Elimizdeki su buharından oluşan bir sistemi tam olarak

tanımlayabilmek için sıcaklığın yanısıra ya hacim, ya basınç ya

da başka bir özelliğinin de bilinmesi gerekir.

• Sistemin 2 serbestlik derecesi vardır.

• Su ve su buharından oluşan bir sistemi ise, sadece sıcaklığı

bildirerek tanımlayabiliriz.


Faz kurallarının tek bileşenli sistemlere uygulanışı

• Su ve su buharını üçüncü faz olan buz oluşana kadar

soğuttuğumuzu düşünelim.

• Bu durumda, faz kuralına göre sistemin serbestlik derecesi

sıfırdır, yani sistem tamamen tanımlanmıştır.


Üçlü nokta hesaplanan bir değer değildir

• Maddenin üç halinin (katı, sıvı, gaz) aynı anda termodinamik denge

halinde olduğu sıcaklık ve basınç değerine üçlü nokta denir.

• Her madde için bu nokta sadece bir tanedir.

• Örneğin suyun üçlü noktası 273,16K(0,010C) ve 611,73 paskaldır.

• Yani üçlü nokta su donma noktasından (00C) az yukarıda,

atmosfer basıncının yaklaşık 1/166 i kadar basınç değerinde

katı, sıvı, gaz halleri denge de olacak şekilde bulunuyor.

• Suyun her üç fazının bir arada dengede bulunduğu

• koşul (0.006 atm, 0.0098°C), suyun üçlü noktası (triple

• point) olarak adlandırılır.

• Bu özel noktanın F değerinin sıfır olduğunu hesaplamıştık

• Üçlü nokta hesaplanan bir değer olmadığı için

termometrelerin kalibre edilmesinde de kullanılmaktadır.


Üçlü nokta• Normal şartlar altında su 0°C'de donmasına rağmen, hava basıncının 1

atm'den 0.006 atm'e indirilmesi ile donma sıcaklığı yükselerek 0.0098°C

olur. Üçlü noktanın altındaki basınç değerlerinde buz halindeki su, sıcaklığın

arttırılması ile sıvılaşmadan buhar fazına geçer (süblimasyon).

http://www.spiritualizm.com


Üçlü nokta


Örnek 1

• Etil alkol ve etil alkol buharı.

• 1. Faz: etilalkol

• 2. Faz: etilalkol buharı

• Her iki faz, C2H5OH ile gösterilir. Yani C = l'dir.

• F - 1 - 2 + 2

• F = 1

• Bu demektir ki sistem, bir özellik ile (sıcaklık, ya da basınç vs)

tanımlanabilir.


Örnek 2

• Su + Su buharı + Etilalkol

• 1. faz: su ve etilalkol (tamamen karışır)

• 2. faz: su buharı

• Bileşen sayısı: 2 (1. Bileşen su, 2. bileşen etilalkol)

• F = C - P + 2,

• F = 2 - 2 + 2

• F = 2 bulunur.

• Demek ki, etilalkol ve su karışımından oluşan bir sistem, 2

değişkenle tanımlanır.


Örnek 3

• Su + Sıvı benzilalkol + Su buharı

• 1. Faz: Su

• 2. Faz: Su buharı

• 3. Faz: Benzilalkol

• Bileşen sayısı (1. Bileşen su ve 2. bileşen benzilalkol)

• F = 2 - 3 + 2 den,

• F = 1

• Demek ki, kısmen karışabilen su-benzilalkol sistemi, 1

değişkenle tanımlanabilir.


Örnek 4

• a)Buharı ile dengede olan sıvı su

• Bu sistem kimyasal bir tepkimenin olmadığı tek birbileşen katı ve sıvı olmak iki faz içeren bir sistemdir

• F= C +2-P = 1+2 -2 =1

• Bu sonuç verilen bir basınçta suyun tek bir kaynamanoktası olması gerçeği ile de uyum içindedir : Buharı iledengede olan su sistemi için buradan da görüldüğü gibi Pve T’nin sadece biri bağımsız değişken olarakseçilebilir,ikisi birden seçilemez


Örnek 5

• b)Su buharı ve alkol ile dengede olan sıvı su

• Burada da iki bileşen ve iki faz vardır

• F= C + 2 - P = 2+2 -2 = 2

• Burada buharı ile dengede olan suya inert N2 gazı katılırsasistemin karakteristiği değişir.

• Burada hem P hem de T bağımsız değişken olarakseçilebilir. P ve T sabitse sistemin bileşimi de sabittir


Örnek 5

• c)Buharı ile dengede olan alkol ile sıvı suyun karışımı

• Burada da kimyasal tepkime olamayıp sistemde iki bileşenve iki faz vardır.

• F= C + 2 - P = 2+2 -2 = 2

• Ancak buradaki bu bağımsız değişkenler P,T ve buharınbileşimidir. Bunlardan herhangi ikisi sabitse üçüncüsü deotomatikman sabit olur


Örnek 6

• d)Yüksek sıcaklıkta katı karbon, O2,CO2 ve CO’nunkimyasal dengede bulunduğu sistem

• İki fazlı sistem ve dört tane tür var . Ayrıca türlerarasında

• C(k) + O2 (g) CO2 (g)

• C(k) + ½ O2 (g) CO (g)

• Tepkimeleri de yazılabilir

• F=(S-R) +2-P = 4-2+2-2=2


Örnek 7

• e)Kısmen ayrışmış katı MgCO3

• Burada da ikisi katı biri gaz , 3 tane faz ve 3 tanede türvardır. Türler arasında da

• MgCO3(k) MgO(k)+ CO2 (g) tepkimesi vardır .

• F=(S-R) +2-P = 3 -1 +2-3 = 1


Örnek 8

• Kısmen ayrışmış katı NH4Cl

• Burada da bir katı biri gaz iki tane faz ve üç tane tür varve türler arasında

• NH4Cl(k) NH3(g)+ HCl (g) tepkimesi vardır .

• F=(S-R) +2-P = 3 -1 +2-2 = 2


Faz diyagramı

• Belli bir maddenin katı, sıvı ve gaz durumunu veya birkaç

maddeden oluşan bir karışımın fiziksel görünümünün

değişimini, sıcaklık, basınç veya karışımın içeriğinin

fonksiyonu olarak gösteren grafiklere faz diyagramı

denmektedir.


İki bileşenli sistemler ve faz diyagramı

• Bazı sıvı maddeler her oranda birbirleri ile karışmalarına

rağmen bazılarını karıştırmak pratik olarak mümkün değildir.

• Sıvı maddelerin çoğu bu iki durum arasındadır ve değişik

oranları kullanılarak homojen karışımları elde edilebilir.

• Bu oranların saptanması için faz diyagramlarından yararlanılır.


Fenol ve su içeren bir sistemin faz diyagramı

• faz diyagramındaki "gbhci"eğrisi

tek fazlı ve iki fazlı bölgeyi

birbirinden ayıran, iki sıvı fazın

birbiri ile dengede olduğunu

gösteren sıcaklık ve fenol

derişimi değerlerini verir.

• Eğrinin dış kısmı her iki bileşenin

tektür (homojen) karışım yaptığı,

eğrinin iç kısmı ise, iki sıvının

karışmadığı karışmadığı bölgeyi

göstermektedir.

• İki bileşen taşıyan ve tek fazlı

olan kısım için F=3 olarak

hesaplanır.


• Faz diyagramında 50°C'de fenol

derişiminin % 11'e çıkması ile iki

sıvının birbiri ile karışmadığı ve fenol

açısından zengin fazın su fazının

altında biriktiği görülür. (b noktası).

• Fenol derişimi artırıldıkça, fenol

içeren faz miktarı artarken, su içeren

faz miktarı azalır.

• Fenol oranı % 63'ü geçince, fenol

içeriği fazla olan tek fazlı bir

• sistem oluşur.

• Tek fazlı sistem 66.8°C'nin

üzerindeki sıcaklıklarda fenol

oranından bağımsız olarak elde

edilir.

Fenol ve su içeren bir sistemin faz diyagramı


Salol - timol sistemi

• 2-Hydroxybenzoic acid phenyl ester; phenyl salicylate. Salol;

• Fenol salisilik esteri; salisilik asit fenilik esteri; analjezik ve antipiretik etkili ilaç;

enterik kaplı tabletleri romatizma, diyare ve farenjit tedavisinde, ointmentleri ise

güneş yanmasına karşı kullanılmıştır.

• Timol (Kekik Yağı) (Uçucu Yağ Asidi)

• Timol, arıları cezbedici kokular yaydığından kolonileri yağmacılığa açık hale getirir.

Kekik yaprağında bulunan timol, oldukça güçlü bir akar öldürücüdür.

• 80-120 mikron boyunda olan akarlar arıların göğsünde bulanan hava deliklerinin içine

girerek solunum borularına yerleşir. Akarlar burada çoğalarak yayılırlar. Akarlarla

bulaşık arıların kanatları sarkık ve titrektir.

akarlar

Timol


Salol - timol sistemi

• Salol - timol sistemine ait faz diyagramında dört bölge bulunur

• Birinci bölge tek bir sıvı fazdan oluşur.

• İkinci bölge katı salol ile salol ve timolden oluşan sıvı karışımdan oluşur.

• Üçüncü bölge katı timol İle salol ve timolden oluşan sıvı fazdan oluşur. Dördüncü

bölgede İse, salol ve timol katı halde bir karışım oluşturmuşlardır.

• Dördüncü Bölge ,Faz diyagramında da görüldüğü gibi, 13°C'nin altındaki

sıcaklıklarda her iki maddenin derişimden bağımsız olarak sistem, katı salol ve katı

timolden oluşmaktadır.

• Birinci hariç, diğer bölgeler iki faz İçermektedirler.


Salol - timol sistemi – X noktası

• X noktasında, % 60 timol ve % 40 salol içeren karışım 50°C'ye

ısıtıldığında, sistemin tek bir fazdan oluştuğu görülür.

• Sıcaklığın 29°C'ye indirilmesiyle sıvı faz içinde katı timol kristallerinin

oluştuğu gözlenir.


Salol - timol sistemi – Y noktası

• Y noktası için % 25 timol ve % 75 salol içeren 50°C'deki

• sıvı karışımın soğutulmasıyia 22°C'de sıvı faz içinde katı salol

kristallerinin oluştuğu gözlenir.

• Bileşenlerin derişimlerinden bağımsız olarak 13°C'nin altında

sistemde sıvı faz tümüyle ortadan kalkar.


Salol - timol sistemi ve ötektik noktası

• 13 °C sıcaklıkta % 34 timol ve % 64 salol içeren karışım hazırlandığında,

sistemde katı salol ve timol ile sıvı faz olmak üzere birbiri ile denge

durumunda olan iki faz oluşur. Bu noktaya ötektik nokta denir.

• Ötektik noktasında ortamda iki faz ve iki bileşen bulunması nedeniyle,

sistemin serbestlik derecesi 2 olarak hesaplanır ve sistemin bu durumda

kalabilmesi için iki değişkenin (sıcaklık ve madde oranları) değiştirilmemesi

gerektiği anlaşılır.


Salol - timol sistemi ve ötektik noktası

• Ötektik noktadaki karışım içinde bulunan salol ve timol kristalleri,

birbiri içinde karışmış küçük taneli bir yapı oluşturmuştur.

• Her iki maddenin kristalizasyonu aynı anda ve birarada gerçekleşir.


Ötektik nokta -Salamura

• İki veya daha fazla katının karışımının erime noktası, karışımı oluşturan

unsurların görece oranlarına bağlıdır.

• Terim Yunanca eutektos; 'kolayca eriyen'den gelmektedir.

• Tuzun suya katılması karışımın donma sıcaklığını azaltır. Belli bir noktanın üzerinde daha fazla

tuz ihtiva eden salamura, salamuranın donma noktasını azaltır. Ulaşılabilen en düşük donma

noktası için gerekli olan salamuranın ihtiva ettiği tam tuz miktarını veren orana “Ötektik karışım”

adı verilir. Bir ötektik karışımın donma sıcaklığına “ÖtektikSıcaklık” adı verilir.


Ötektik nokta -Salamura

• Donma hattının altında buz ve sıvı salamura birlikte bulunur.

• Karışım soğutuldukça buz oranı artar, sıvı salamura oranı azalır (21°C).

• Öteklik sıcaklık altında bütün karışımlar tamamen katı hale gelir.

• Ötektik noktanın ötesindeki katılaşma eğrisinin altında katı tuz ve sıvı

salamura sıcaklıkla değişebilen oranlarda beraber bulunurlar


Üç Bileşenli Sistemler

• Ayrıca çoğu zaman üç sıvı bileşenden

oluşan sistemler de çok kullanılmaktadır.

• Bunlara en çok bilinen örnek olarak

emülsiyonlar veya parfüm/su/alkol sistemi

verilebilir.

• Bunlar üç bileşenden oluşmalarına

rağmen, tek bir fazdan oluşan homojen

görünümlü olarak hazırlanabilirler.

• Bu durum bileşenlerin birbiri içinde kısmen

veya tümüyle çözünüp çözünmemesine

bağlıdır.


Üç bileşenli sistemler genellikle eşkenar üçgenlerle gösterilir

4813-


Üçgen faz diyagramlarının okunmasıBirbiri ile tamamen karışan üç bileşenin faz diyagramını alalım

Burada bir R noktasının bileşen

analizini yapalım .

Buna göre hangi köşedeki bileşen

aranıyorsa ana karşı düşen

kenara bir paralel çizilir ve o

bileşenin değişim kenarıyla

kesiştirilir.

Örneğin C bileşenin arıyor olalım

buna göre AB kenarına bir paralel

çizilir ve buradan C bileşenin

miktarı bulunur.

Diğer iki bileşenden birinin miktarı

da aynı şekilde bulunduktan sonra

üçüncü bileşenin miktarı otomatik

olarak ortaya çıkar.

4913-


Eğer iki bileşenin oranı(örneğin A/B) sabitse bu noktalar diğer bileşenin

kenarına göre aynı doğru üzerine düşerler, Örneğin A)xA =0,20 ; xB =0,40 ; xC = 0,40

B)xA =0,10 ; xB =0,20 ; xC = 0,70

C)xA =0,30 ; xB =0,60 ; xC = 0,10

noktalarını alalım

5013-

Üç Bileşenli Sistemler


Kısmen karışan sıvıların faz diyagramları

Birbiri ile çok az karışan eter ve su sistemi alalım ve bunları her

ikisiyle de tam olarak karışan etanol ekleyelim.


Sisteme eklenen ve her iki fazda da farklı oranlarda çözünen A maddesi

( ki burada etanol) her iki fazın birbiri ile karışma meylini artırır.

K noktasında A maddesinin her iki fazdaki çözünme miktarı aynı olur.

Burada M ve N noktalarında birbiri ile dinamik dengede bulunan iki tane

faz bulunur.

Dolayısıyla bu üç sıvını birbiri ile farklı oranlarda karıştırmak suretiyle

çeşitli sistemler oluşturulabilir. Her bir sistemin M ve N noktaları

farklıdır.Bu tip sistemlerin bir çoğunda MN doğrusun uzantısı BC kenarı

üzerinde L noktası ile belirlenen bir kutup noktası üstüne düşer.

Dolayısı ile bir karışımın X ve L noktaları ve çözünürlük eğrisi de belli ise

M ve N noktaları kolaylıkla bulunabilir.

X noktası için faz analizi

M + N = X

MX/NXN/M


Sıcaklık etkisi Şu ana kadar incelenen sistemler izotermal sistemlerdi. Yani sıcaklık

sabit tutuluyordu. Faz diyagramları sıcaklıkla büyük bir değişim

gösterir. Örneğin yukarıdaki sistemi alalım . Bileşenlerden biri kısmen

ikisi de tamamen karışıyorsa

Eğer sıcaklık çok düşürülürse heterojen bölge tamamen

diyagram kaplayabilir


Eğer iki faz kısmen ve biride tamamen karışıyorsa sıcaklığın azaltılması aşağıdaki etkiye sebep olur.

Eğer üç fazda kısmen karışıyorsa


İki Farklı Tuzun Su İçindeki ÇözünürlüğüBurada duruma göre bir, iki ve üç fazlı bölgeler oluşabilir

Katyonları aynı olan tuzlarda genellikle hidratlaşma gözlenir .

Hidraşlaşma ile oluşan bileşik yeni bir fazdır .: Anyonları aynı olan

tuzlarda ise genellikle çift tuz veya hidrat halinde çift tuz elde edilir

Katyonları aynı olan tuzların verdiği faz diyagramları aşağıdaki gibidir


Şimdi de bu diyagramları teker teker yorumlayalım(a)diyagramı

Burada DF eğrisi B’nin su içindeki çözünürlük eğrisi, EF eğrisi C’nin su

içindeki çözünürlük eğrisidir her ikisi de F noktasında doygunluğa erişir


(b)Diyagramı

Burada görüldüğü üzere B tuzu ile su arasında D hidrat bileşiği

(B.nH2O) oluşur.Ayrıca D bileşiği EF sıvısı ile C tuzu da HN sıvısı ile

denge halindedir.


(c)Diyagramı


Şimdi de anyonları aynı olan faz diyagramlarını detayına inmeden

inceleyelim


T-x diyagramı

• Birbiri ile katı halde bir karışım vermeyen iki bileşenin (örneğin buz ve kristal halindeki madde) sıvı haldeki karışımını düşünelim .

• Çözünenin sıvı fazdaki derişimi xB olsun . Böyle bir karışımın T-x diyagramı


T-x diyagramı• Çözücü olarak alınan A bileşeninin donma noktası a ile gösterilmiştir.

Çözünen olarak alınan B bileşeninin donma noktası genelde A’nınkindendaha yüksek olup b noktası ile temsil edilmiştir. Eğer l sıvısısoğutulursa m noktasında saf çözücü kristalleri , n sıvısı soğutulursa rnoktasında saf çözünen kristalleri oluşur . Buna göre ame eğrisiçözücünün donma noktası veya çözünürlük eğrisi , bre eğrisi deçözünenin donma noktası veya çözünürlük eğrisidir.

• Şimdi de çözünenin sıcaklık ile değişimini inceleyelim . Çözünürlükeğrisi üzerinde sıvı faz ile katı faz arasında dinamik bir dengekuruluştur . Çözünenini ideal çözelti içindeki kimyasal potansiyelineB(k) , saf kristal halindeki kimyasal potansiyele de B(s)* diyelim


• Şimdi de çözünenin sıcaklık ile değişimini inceleyelim . Çözünürlük eğrisi üzerinde sıvı faz ile katı faz arasında dinamik bir denge kuruluştur .

• Çözünenini ideal çözelti içindeki kimyasal potansiyeline B(k) , saf kristal halindeki kimyasal potansiyele de B(s)* diyelim


• Sabit sıcaklık ve basınçta çözünenin katı fazdaki kimyasal potansiyeli sabitken çözeltideki kimyasal potansiyeli derişime bağlıdır .

• Çözeltinin doygunluk derişimine x dersek xB < x ise B(s) > B(k) olur ve sıvı fazdan katı faza kimyasal potansiyellereşit olana dek madde akışı olur . Dinamik denge kurulduğunda

• B(k)(T,P) = B(s)(T,P,x)

• B(k)(T,P)= B(s)* + RTlnx

• Dolayısıyla

• lnx = (B(k) - B(s)*) / RT


Buharlaştırma ve sonra kristallendirme

• Seyreltik bir çözeltiden daha derişik bir çözelti elde etmek için çözücünün sabit basınç altında uzaklaştırılması “buharlaştırma” doygun bir çözeltiden katı fazın ayrılması işlemine de ”kristallendirme” adı verilir.

• Burada kütle denkliği kullanılarak bazı basit hesapların nasıl yapıldığına bakalım :



• Burada sıcaklığı t 0C, kütlesi F ve kütle kesri xB(F) olan seyreltik çözeltiden ( B katı bir çözünen) t1

0C sıcaklığında kütlesi V olan buhar ayrılsın (katı olduğundan buhar fazına geçen miktarı xB(V) 0)

• Oluşan doygun çözeltinin kütlesi L kütle kesri xB(L). Bu çözelti t1 0C

sıcaklığından t2 0C sıcaklığına soğutulursa ayrılan kristallerin kütlesi C

kütle kesri de xB(C) olsun. Kalan çözeltinin kütlesi D kesri de xB(D) olur.

• Buna göre



• F = V + L = V + D + C

• F xB(F) = V xB(V) + D xB(D) + C xB(C)= V xB(V) + L xB(L)

• xB(V)o olduğunda bu son iki bağıntı

• C xB(C) = F xB(F) - D xB(D)

• D = F-V- C olduğundan

• C xB(C) = F xB(F) - xB(D) (F-V- C)

)D(B)C(B

)D(B)D(B)F(B

xx

VxxxFC


Buharlaştırma yapmaksızın kristallendirme

• Eğer doygun bir çözeltiden buharlaştırma yapmaksızın kristallendirme

• yapılması durumunda

)D(B)C(B

)D(B)F(B

xx

xxFC


Çözünme entalpisi

• Bir maddenin geçiş sıcaklığı T0 ve çözünürlüğü x ise

• Bir madden T1 ve ve T2 sıcaklıklarında çözünürlüğü x1 ve x2ise

• H diferansiyel çözünme entalpisi olarak bilinir

•

o1

02

TT

TT

R

Hxln

21

12

2

1

TT

TT

R

H

x

xln


Faydalanılan Kaynaklar

• Bu ders notunun hazırlanmasında Prof.Dr Mehmet Levent

AKSU’nun hazırlamış olduğu sunumundan pek çok slaytlar

olduğu gibi alınmıştır. Kendisine teşekkürlerimi sunarım.

• Ayrıca Figen Tırnaksız’ın “Fazlar Arası Denge ve Faz Kuralı”

isimli dökümanından yararlanılmış ve bazı ifadeler ve şekiller

olduğu gibi alınmıştır.

• Bunun ötesinde internette bazı açık dökümanlardan da yararlanılmıştır.

• Bu sunumu hazırlamam ve özellikle fiziko kimya öğrencilerimizin istifadesine

sunmamım tek sebebi dersleri daha iyi kavramaları içindir.

• Bunun ötesinde bu sunumdan hiçbir maddi menfaatim

yoktur.

• Bu sunum bu özellikleriyle tam bir ders notudur. Ayrıca

öğretim üyesi arkadaşlarımın kullanmasından da büyük

mutluluk duyarım.

fazlar, faz diyagramları ve Çözünürlük

Documents