結晶化装置の設計には液体への固溶性が重要であり、このトピックに関する信頼できるデータが必要です。生成される式は、溶媒中の固体の溶解度や溶媒の凝固点降下などの計算の基礎として機能します。
身体的平衡
物理的平衡は、同じ物質の 2 つ以上の相または物理的特性の間で発生する平衡状態として定義されます。これらのプロセス中に材料の化学組成に変化はありません。物質は、同時に 2 つの異なる物理的状態で存在することができ、この記号で表されます。
均衡
平衡とは、観察された期間に関係なく、システム内の関心のある項目の内容と組成 (色、圧力、または温度によって測定される) の一貫性を指します。逆反応の速度以上の反応速度を持つことによって、システム内で平衡を達成することが可能です。
平衡は、いくつかの例を挙げると、テーブルの上の本、密閉容器内の液体、飽和溶液、極性溶媒中のイオン性物質、およびアンモニアの生成によって表すことができます。
身体的平衡の形態
第 1 段階の均衡:
0℃では、氷になる水分子の数は、氷が溶けて液体の水になる水分子の数と同じです。水が凍る速度は、氷が溶ける速度とまったく同じです。その結果、固い氷と流れる水の間に平衡状態が存在します。
水 (l) ←→ 氷 (s)
密閉容器では、凝縮して蒸気になる液体の分子の数は、凝縮して液体に戻る分子の数と等しくなります。閉じたシステムでは、液体の水の蒸発速度は水蒸気の凝縮速度と同じです。液相は、それを取り囲む気相と平衡状態にあります。
飽和溶液中の溶質が溶解していない溶質と接触し、溶液から出ていく (沈着する) 分子の数は、固体から液体に入る (溶解する) 分子の数に等しくなります (溶質-溶質平衡)。その結果、溶液中の溶質は、溶解していない固体と平衡状態にあります。
気液平衡
「気液平衡」とは、気体が液体と反応しないが、液体内の圧力の関数として溶解する可能性がある状態を指します。密閉容器では、液体内に含まれる気体と、容器の上および周囲に存在する気体との間に平衡状態があります。たとえば、清涼飲料では、液体に含まれる二酸化炭素ガスは、容器の空きスペースに含まれるガスと平衡状態にあります。
物理的平衡の例
固液平衡の例には次のようなものがあります:
次のシナリオを考えてみましょう:完全に断熱された魔法瓶内の氷と水、開放環境で 00C。水位と氷の量は変化しません。これは、水から氷への分子の移動速度が、氷から水への分子の移動速度と同じであることを意味します。このため、システムは定常状態にあると言えます。この状況を表すには、次の式を使用できます:
H2O (s) ←→ H2O (l)
融解速度は凍結速度と同じです。
液体気体平衡の例
蒸留水を密閉容器に入れます。水が加熱されると、蒸気に変わります。しばらくすると、水のレベルが一定のままであることがわかります。これは、水から蒸気への変換、およびその逆の変換がもはや行われていないことを示しています。
技術的に言えば、(液体から蒸気への) 蒸発速度は (蒸気から液体への) 凝縮速度と等しく、定常状態が達成されると言えます。
固体蒸気平衡の例:
このタイプの平衡は昇華物の場合にのみ存在し、最も一般的なタイプの平衡です (固体が直接蒸気に変換されます)。次のシナリオを考えてみましょう:固体ヨウ素を密閉容器内で加熱すると、容器は紫色の蒸気でゆっくりと満たされ、時間の経過とともに色の強度が増します。
一定の時間が経過すると、時間の経過とともに色の濃さが変化しなくなります。これは、固体ヨウ素の昇華速度がヨウ素蒸気の沈着速度と等しい定常状態に達したことを意味します。
I2 (s) → I2 (s) (蒸気)
昇華の速度は、堆積の速度と同じです (またはその逆)。
結論
したがって、生成される式は、溶媒中の固体の溶解度や溶媒の凝固点降下などの計算の基礎として機能すると最終的に結論付けることができます。また、共晶挙動を示し、固溶体を形成できる系についても説明します。固液平衡データを取得するには、温度を時間の関数として継続的に記録しながら、既知の組成の液体混合物を冷却する必要があります。
