166580 (Фазовые диаграммы двойных и тройных систем)

2016-07-29СтудИзба

Описание файла

Документ из архива "Фазовые диаграммы двойных и тройных систем", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "химия" из , которые можно найти в файловом архиве . Не смотря на прямую связь этого архива с , его также можно найти и в других разделах. Архив можно найти в разделе "контрольные работы и аттестации", в предмете "химия" в общих файлах.

Онлайн просмотр документа "166580"

Текст из документа "166580"

Фазовые диаграммы двойных и тройных систем


Двухкомпонентные системы

На рис. представлены фазовые диаграммы двухкомпонентных систем вода - ПАВ: в обоих случаях использованы ионные ПАВ с одной алкильной цепью одинаковой длины. Фазовые диаграммы двухкомпонентных систем обычно представляют следующим образом: на оси ординат откладывают температуру, а на оси абсцисс - состав. Состав можно выражать различными способами: мольным отношением, мольными долями, весовыми долями или массовыми процентами. Традиционно состав выражают массовыми процентами, реже пользуются мольными соотношениями. Такие диаграммы имеют тот недостаток, что невозможно непосредственно узнать молярный состав, но поскольку стехиометрические комплексы встречаются в данных системах довольно редко, это не так уж существенно. Массовые шкалы обеспечивают более удобное разделение площади диаграммы на зоны стабильности различных фаз. Кроме того, такое представление фазовой диаграммы единственно возможно в том случае, если состав ПАВ точно неизвестен.

Фазовая диаграмма хлорида додецилтриметиламмония соответствует случаю с относительно низкой точкой Крафта, следовательно, твердые фазы играют незначительную роль. Из диаграммы видно, что изотропная мицеллярная фаза устойчива при комнатной температуре вплоть до высоких концентраций. Следующая фаза, образующаяся в системе, - кубическая фаза, построенная из дискретных глобулярных мицелл. Между этими фазами имеется область, в которой сосуществуют две фазы. Из-за трудностей упаковки глобулярных мицелл при больших объемных долях мицеллы деформируются, становятся вытянутыми, и затем образуется гексагональная фаза. Далее происходит превращение гексагональной фазы во вторую кубическую, но уже биконтинуальную фазу. При очень большой концентрации ПАВ в некоторой области устойчива ламелярная фаза, а затем твердая фаза гидратированного ПАВ. Такая последовательность фаз типична для гидрофильных ПАВ.

При более высоких температурах относительная стабильность фаз изменяется. Исчезает первая кубическая фаза, а при еще более высокой температуре устойчивой оказывается единственная жидкокристаллическая фаза - ламелярная, характерная также для неразбавленного ПАВ. При самых высоких температурах устойчив только изотропный раствор, но структура агрегатов, естественно, зависит от состава.

Фазовая диаграмма ДСН в значительной степени похожа. Однако из-за более высокой точки Крафта при обычных температурах появляются разнообразные твердые фазы. Помимо гексагональной и ламелярной фаз наблюдается множество "промежуточных" жидкокристаллических фаз с очень узкими областями существования.

Фазовая диаграмма двухкомпонентной системы хлорид додециламмония - вода. Изотропные растворы устойчивы при низких концентрациях ПАВ и повышенных температурах. Кроме того, в системе образуются жидкокристаллические фазы, а при низких температурах - кристаллические фазы.

Фазовая диаграмма двухкомпонентной системы додецилсульфат натрия - вода. В этой системе главными жидкокристаллическими фазами являются гексагональная и ламелярная фазы. Другие фазы этой системы относятся к менее распространенным промежуточным жидкокристаллическим фазам и кристаллогидратам.

В случае ПАВ с двумя неполярными цепями фазовые диаграммы принципиально изменяются. В качестве примера на рис. представлена фазовая диаграмма системы биссульфосукцината натрия - вода и системы хлорид диоктадецилдиметиламмония - вода.

На фазовой диаграмме бинарной системы биссульфосукцинат натрия - вода доминирует ламелярная фаза. Кроме нее определены области устойчивости изотропного раствора, биконтинуальной кубической и обращенной гексагональной фаз

На фазовой диаграмме системы DODMAC - вода доминируют ламелярная фаза и кристаллогидраты, а также двухфазные области

Как и в случае одноцепочечных ПАВ, температура плавления цепи сильно зависит от ее длины. У DODMAC неполярные цепи длинные, и их плавление происходит при более высокой температуре. Наиболее важное свойство фазовых диаграмм ПАВ этого класса определяется низкой растворимостью в воде и, как следствие, неспособностью к мицеллообразованию. Для таких фазовых диаграмм типично наличие областей очень устойчивой ламелярной фазы и широкой двухфазной области, в которой сосуществуют разбавленный раствор и ламелярная фаза. Для ПАВ этого типа при более высоких концентрациях характерно также образование биконтинуальной кубической и обращенной гексагональной фаз.

На рис. указаны конноды, т.е. горизонтальные линии постоянных температур, связывающие две сосуществующие фазы. Конечные точки коннод дают составы сосуществующих фаз, находящихся в равновесии. Относительные количества фаз можно оценить, используя "правило рычага". Фазовые переходы в системах, содержащих ПАВ, обычно являются фазовыми переходами первого рода, откуда следует, что между двумя однофазными областями будет находиться двухфазная область. Иногда для простоты двухфазную область на фазовой диаграмме опускают, но о ее существовании забывать нельзя. Макроскопические свойства двухфазной системы, как правило, сильно отличаются от свойств обеих однофазных систем.

Трехкомпонентные системы

Для понимания фазовых диаграмм фундаментальное значение имеет правило фаз:

P+F=C+2

связывающее для любой точки фазовой диаграммы число сосуществующих фаз, число компонентов системы и число степеней свободы, к которым относятся переменные величины - температура, давление и состав. Для двухкомпонентной системы P + F = 4. При постоянном давлении число степеней свободы уменьшается на единицу. Тогда для одной фазы возможны не более двух степеней свободы. Таким образом, фазовая диаграмма может быть представлена в двух координатах. При наличии двух фаз F= 1, поэтому в двухфазной области варьировать можно только или температуру, или концентрацию.

В трехкомпонентной системе при постоянном давлении система имеет максимум 3 степени свободы, т.е. можно варьировать температуру и две концентрации. Чтобы представить фазовую диаграмму на плоскости, можно выбрать разную стратегию в зависимости от системы и задачи, а именно зафиксировать температуру или одну из концентраций, или отношение количеств двух компонентов. Обычно определяют фазовые равновесия при постоянной температуре, используя треугольники Гиббса. Здесь вершины представляют три чистых компонента, а боковые стороны треугольника - три двухкомпонентные системы. Внутри треугольника присутствуют все три компонента и их количества считываются, как указано на рисунке. Чтобы проиллюстрировать влияние температуры на фазовое поведение, представляют множество изотермических треугольников в виде треугольной призмы.

Две трехкомпонентные фазовые диаграммы показаны на рис. Первая из них - это фазовая диаграмма системы, состоящей из воды и смеси ионного ПАВ с одним гидрофобным радикалом и слабополярного дифильного спирта в воде. На фазовой диаграмме представлены шесть различных фаз: две фазы изотропных растворов, три жидкокристаллические фазы и твердое ПАВ. В бинарной смеси с водой данное ПАВ образует только мицеллярную и гексагональную фазы. Введение деканола вызывает фазовый переход с возникновением ламелярной фазы, а при более высоких концентрациях спирта формируются обращенные структуры: обращенные гексагональная и мицеллярная фазы. Кроме однофазных областей возникает большое число двухфазных и трехфазных областей, в которых сосуществуют различные фазы.

Фазовая диаграмма системы из трех компонентов А, В и С при постоянной температуре представлена треугольником Гиббса. Количество различных компонентов в точке P определяется расстоянием до противоположной стороны. Образец в точке P содержит 60% компонента А, 10% компонента В и 30% компонента С

Трехмерное представление фазовой диаграммы тройной системы, отражающее влияние дополнительной степени свободы - температуры.

Фазовая диаграмма тройной системы, состоящей из октаноата натрия, деканола и воды при 25°С. Видно, что в системе образуются два изотропных раствора и три жидкокристаллических фазы.

Тройная фазовая диаграмма: система состоит из анионного ПАВ с двумя неполярными "хвостами", изооктана и воды. Фазовые равновесия определены при 25°С. Наблюдаются две фазы изотропных растворов: вода и обращенная мицеллярная фаза, а также три жидкокристаллические фазы

Тройная фазовая диаграмма выглядит совершенно по-другому. Здесь представлено ионное ПАВ с двумя гидрофобными радикалами, которое в смеси с водой дает протяженную ламелярную фазу, а также биконтинуальную кубическую фазу и обращенную гексагональную фазу. Растворимость этого ПАВ в воде очень мала. При добавлении масла происходит фазовый переход ламелярной фазы в обращенную гексагональную фазу и затем в обращенную мицеллярную фазу.

Последовательность образования фаз с изменением концентрации ПАВ или при добавлении менее полярного компонента обычно следует простому ряду, установленному Фонтеллем. В зависимости от системы, температуры и других факторов образуется меньшее или большее число фаз. Например, в случае ПАВ с одним "хвостом" обычно реализуются структуры от зеркальной плоскости влево, а в случае двухцепочечного ПАВ - вправо.

Фазовая диаграмма характерна для смеси катионного и анионного ПАВ. На этой диаграмме появляются новые особенности, а именно области стабильных дисперсий везикул. В таких системах для стехиометрических смесей наблюдается выпадение твердых кристаллов. Кроме того, имеются области ламелярных и везикулярных фаз, образующиеся при избытке одного из ПАВ.

Фазовая диаграмма в области малых концентраций смеси ПАВ: катионного и анионного в воде. С разрешения. Copyright American Association for the Advancement of Science

Влияние геометрии молекул ПАВ и их упаковки на структуру агрегата: концепции параметра упаковки и спонтанной кривизны пленки ПАВ

Общее правило: ПАВ с одной гидрофобной цепью образуют мицеллы и другие прямые структуры, в то время как ПАВ с двумя гидрофобными цепями преимущественно образуют ламелярные фазы и обращенные структуры. Это легко понять, если попытаться построить пространственные модели агрегатов ПАВ различной структуры. При этом обнаружится, что из-за большого объема гидрофобных "хвостов" молекулы с двумя цепями нельзя упаковать в сферические мицеллы. Величина v/ должна быть для сферической мицеллы не более 1/3. Если удвоить параметр н введением второй алкильной цепи, оставляя другие параметры постоянными, то предпочтительными оказываются другие геометрические формы. Критический параметр упаковки можно рассматривать по-другому, а именно как отношение площадей поперечного сечения углеводородной цепи и полярной группы.

Поскольку взаимосвязь химической структуры и структуры агрегатов намного сложнее, чем такой простой геометрический анализ, он приведен лишь в качестве иллюстрации и служит отправной точкой, в частности для анализа тенденций в фазовом поведении. Образующаяся структура - это результат баланса между полярными и неполярными частями молекулы ПАВ. Этим объясняется интерес к шкалам гидрофильно-липофильного баланса. Эти шкалы являются удобными классификациями

Свежие статьи
Популярно сейчас
Почему делать на заказ в разы дороже, чем купить готовую учебную работу на СтудИзбе? Наши учебные работы продаются каждый год, тогда как большинство заказов выполняются с нуля. Найдите подходящий учебный материал на СтудИзбе!
Ответы на популярные вопросы
Да! Наши авторы собирают и выкладывают те работы, которые сдаются в Вашем учебном заведении ежегодно и уже проверены преподавателями.
Да! У нас любой человек может выложить любую учебную работу и зарабатывать на её продажах! Но каждый учебный материал публикуется только после тщательной проверки администрацией.
Вернём деньги! А если быть более точными, то автору даётся немного времени на исправление, а если не исправит или выйдет время, то вернём деньги в полном объёме!
Да! На равне с готовыми студенческими работами у нас продаются услуги. Цены на услуги видны сразу, то есть Вам нужно только указать параметры и сразу можно оплачивать.
Отзывы студентов
Ставлю 10/10
Все нравится, очень удобный сайт, помогает в учебе. Кроме этого, можно заработать самому, выставляя готовые учебные материалы на продажу здесь. Рейтинги и отзывы на преподавателей очень помогают сориентироваться в начале нового семестра. Спасибо за такую функцию. Ставлю максимальную оценку.
Лучшая платформа для успешной сдачи сессии
Познакомился со СтудИзбой благодаря своему другу, очень нравится интерфейс, количество доступных файлов, цена, в общем, все прекрасно. Даже сам продаю какие-то свои работы.
Студизба ван лав ❤
Очень офигенный сайт для студентов. Много полезных учебных материалов. Пользуюсь студизбой с октября 2021 года. Серьёзных нареканий нет. Хотелось бы, что бы ввели подписочную модель и сделали материалы дешевле 300 рублей в рамках подписки бесплатными.
Отличный сайт
Лично меня всё устраивает - и покупка, и продажа; и цены, и возможность предпросмотра куска файла, и обилие бесплатных файлов (в подборках по авторам, читай, ВУЗам и факультетам). Есть определённые баги, но всё решаемо, да и администраторы реагируют в течение суток.
Маленький отзыв о большом помощнике!
Студизба спасает в те моменты, когда сроки горят, а работ накопилось достаточно. Довольно удобный сайт с простой навигацией и огромным количеством материалов.
Студ. Изба как крупнейший сборник работ для студентов
Тут дофига бывает всего полезного. Печально, что бывают предметы по которым даже одного бесплатного решения нет, но это скорее вопрос к студентам. В остальном всё здорово.
Спасательный островок
Если уже не успеваешь разобраться или застрял на каком-то задание поможет тебе быстро и недорого решить твою проблему.
Всё и так отлично
Всё очень удобно. Особенно круто, что есть система бонусов и можно выводить остатки денег. Очень много качественных бесплатных файлов.
Отзыв о системе "Студизба"
Отличная платформа для распространения работ, востребованных студентами. Хорошо налаженная и качественная работа сайта, огромная база заданий и аудитория.
Отличный помощник
Отличный сайт с кучей полезных файлов, позволяющий найти много методичек / учебников / отзывов о вузах и преподователях.
Отлично помогает студентам в любой момент для решения трудных и незамедлительных задач
Хотелось бы больше конкретной информации о преподавателях. А так в принципе хороший сайт, всегда им пользуюсь и ни разу не было желания прекратить. Хороший сайт для помощи студентам, удобный и приятный интерфейс. Из недостатков можно выделить только отсутствия небольшого количества файлов.
Спасибо за шикарный сайт
Великолепный сайт на котором студент за не большие деньги может найти помощь с дз, проектами курсовыми, лабораторными, а также узнать отзывы на преподавателей и бесплатно скачать пособия.
Популярные преподаватели
Нашёл ошибку?
Или хочешь предложить что-то улучшить на этой странице? Напиши об этом и получи бонус!
Бонус рассчитывается индивидуально в каждом случае и может быть в виде баллов или бесплатной услуги от студизбы.
Предложить исправление
Добавляйте материалы
и зарабатывайте!
Продажи идут автоматически
5076
Авторов
на СтудИзбе
455
Средний доход
с одного платного файла
Обучение Подробнее