Pure substance/nl
Een zuivere substantie is een substantie die homogeen is (d.w.z. dezelfde chemische samenstelling heeft in de hele substantie) en die in drie fasen kan bestaan (gas, vloeistof en vaste stof). Eigenschappen van zuivere substanties kunnen helpen bij het begrijpen van thermodynamische principes.
Algemene eigenschappen van zuivere stoffen zijn onder andere: temperatuur, druk, volume, massa, dichtheid, soortelijk volume, energie, enthalpie en entropie. Deze eigenschappen kunnen worden gecategoriseerd als uitgebreid of intensief. Een intensieve eigenschap is een eigenschap die niet afhankelijk is van de grootte van het systeem. Temperatuur is een voorbeeld. Uitgebreide eigenschappen zijn eigenschappen die wel afhankelijk zijn van de grootte van het systeem. Voorbeelden zijn massa en volume.
Belangrijke termen bij de omgang met zuivere stoffen zijn onder andere:
- Verdamping, het punt waarop een vloeistof overgaat in een dampfase
- Condensatie, het punt waarop een damp overgaat in een vloeibare fase (en hetzelfde punt is als bij verdamping)
- Smelten, het punt waarop een vaste stof in een vloeistof verandert
- Bevriezen, het punt waarop een vloeistof in een vaste stof verandert
- Sublimatie, het punt waarop een vaste stof direct in damp verandert
- Desublimatie, het punt waarop een damp direct in een vaste stof verandert (ongebruikelijk, maar blijkbaar gebeurt het)
- Kritisch punt is het punt waar de verzadigde damp- en verzadigde vloeistofcurven elkaar ontmoeten en één en dezelfde worden.
- Tripelpunt is het punt waarop de vaste, vloeibare en gasvormige fasen allemaal tegelijkertijd in evenwicht zijn.
Pv-diagram specificaties
Een druk-volumediagram (of een PV-diagram) is een visuele weergave van druk en volume van een bepaalde zuivere substantie (een substantie die homogeen is). Het begrijpen van een PV-diagram is nuttig bij het begrijpen van de eigenschappen van zuivere substanties, een belangrijk aspect van thermodynamica.
Beginnend bij de bovenkant van de grafiek, is het kritieke punt de locatie waar er geen verschil is tussen de gas- en vloeistoffase van een substantie. Op dit punt worden de verzadigde vloeistof en de verzadigde damp dezelfde vloeistof, wat ertoe leidt dat het molaire volume van de verzadigde vloeistof en van de verzadigde damp gelijk worden.
De linkerkant van de klokvormige curve vertegenwoordigt de verzadigde vloeistoflijn, terwijl de rechterkant van de klokvormige curve de verzadigde damplijn vertegenwoordigt. Een verzadigde vloeistof of damp zou op hun juiste lijnen liggen, en is precies waar een vloeistof zou verzadigen of verdampen bij een bestaande druk. Binnenin de klokvormige curve bevindt zich de zogenaamde tweefasenenvelop, waar de vloeibare en gasvormige fasen van de substantie tegelijkertijd bestaan. In deze toestand wordt gezegd dat een substantie een soort kwaliteit (x) heeft, waarbij de procentuele kwaliteit van een substantie de verhouding is van de hoeveelheid verzadigde damp tot de totale massa van de substantie. Wiskundig kan kwaliteit worden gedefinieerd als:
Kwaliteit kan nooit 100% overschrijden. In de tweefasenenvelop is het belangrijk om te beseffen dat temperatuur en druk afhankelijk zijn. Bij het bepalen van de toestand van een substantie kunnen druk en temperatuur niet gelijktijdig worden gespecificeerd.
Vergelijkingen
Voor zuivere stoffen zijn er een paar belangrijke vergelijkingen die kunnen worden afgeleid uit de Pv-grafiek, of uit de variatie ervan in een Tv-grafiek (temperatuur-volume), PT-grafiek (druk-temperatuur), enzovoort.
Om het totale volume van het mengsel te bepalen, moet u eerst erkennen dat dit de som is van het volume ingenomen door de vloeistof en de som van het volume ingenomen door het gas. Dit kan worden gedefinieerd als:
mv = m f v f + m g v g
specifiek volume kan worden gedefinieerd als:
v = v f + x * (v g - v f )
Ten slotte moet u beseffen dat het percentage vloeistof per massa kan worden begrepen als 100(1-x), terwijl het percentage damp kan worden begrepen als 100x.
Tv-diagram
Een Tv-diagram toont de relatie van een zuivere substantie tussen temperatuur en volume. De curven op dit diagram zijn isobaren, of lijnen van constante druk. Onder de tweefasenomhulling, hoewel de substantie een soort kwaliteit heeft, kan het molaire volume van een verzadigde damp of vloeistof bij een bepaalde druk direct van de grafiek worden afgelezen. Dat wil zeggen, de eigenschappen van verzadigde vloeistoffen en verzadigde dampen zijn onafhankelijk van de kwaliteit.
Op dit diagram zou de substantie links van de tweefasenmantel een onderkoelde vloeistof zijn (omdat de temperatuur lager zou zijn dan de verzadigingstemperatuur). Rechts van de tweefasenmantel zou de substantie een oververhitte damp zijn (omdat de temperatuur hoger zou zijn dan de verzadigingstemperatuur).
PT-diagram
Een PT-diagram toont de relatie van een zuivere substantie tussen druk en temperatuur. Dit diagram toont de eigenschappen van een substantie die uitzet bij bevriezing (zoals water).
Zoals u in dit diagram kunt zien, bevindt de vloeistof zich op een druk die hoger is dan de damp (de dampdruk). Als zodanig kan de vloeistof worden aangeduid als een samengeperste vloeistof. Door de pijlen op het diagram te volgen, wordt gedemonstreerd wat er moet gebeuren om een faseverandering te laten plaatsvinden. Stel bijvoorbeeld dat u water in het midden van het vaste bereik hebt. Als u de druk constant houdt en alleen de temperatuur verhoogt, smelt de vaste stof tot een vloeistof. Op dezelfde manier zou voor het grootste deel van het vloeibare gebied, als de druk werd verlaagd terwijl de temperatuur constant werd gehouden, de vloeistof verdampen tot een gas.
Referenties
Alle informatie op deze pagina komt van www.learnthermo.com en van "Thermodynamics for Engineers, tweede editie"
