Download - Tek bileşenli sistemler
![Page 1: Tek bileşenli sistemler](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052201/559a605e1a28abcf1d8b47be/html5/thumbnails/1.jpg)
Prof.Dr. İbrahim USLU
Tek Bileşenli Sistemler
Prof.Dr. İbrahim USLU
![Page 2: Tek bileşenli sistemler](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052201/559a605e1a28abcf1d8b47be/html5/thumbnails/2.jpg)
Prof.Dr. İbrahim USLU
Bileşen sayısı
• 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 tek'dir, çünkü her üç faz "H20" kimyasal formülü
ile gösterilebilir.
![Page 3: Tek bileşenli sistemler](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052201/559a605e1a28abcf1d8b47be/html5/thumbnails/3.jpg)
Prof.Dr. İbrahim USLU
Faz Kuralı
• J. Willard Gibbs tarafından ileri sürülen faz
kuralı, denge halindeki gaz, sıvı ve katı
sistemlere, basınç, sıcaklık ve konsantrasyon
gibi serbest değişkenlerin etkisi ile ilgilidir.
• Faz kuralı eşitliği, sistemin tanımlanabilmesi
için gerekli değişken sayısının belirlenmesinde
kullanılan bir araçtır.
• Bu eşitlik,
• F = C - P + 2 şeklinde gösterilir.
– F: Sistemin serbestlik derecesi (Değişken sayısı).
– C: Sistemin bileşen sayısı (Komponent sayısı).
– P: Sistemin faz sayısı.
J. Willard Gibbs
![Page 4: Tek bileşenli sistemler](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052201/559a605e1a28abcf1d8b47be/html5/thumbnails/4.jpg)
Prof.Dr. İbrahim USLU
Serbestlik derecesi, F
• F, Sistemin tanımlanması için gerekli olan değişken sayısıdır.
• Bu değişkenler, sıcaklık, basınç, konsantrasyon, kırılma indisi
ve viskozite gibi özelliklerdir.
![Page 5: Tek bileşenli sistemler](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052201/559a605e1a28abcf1d8b47be/html5/thumbnails/5.jpg)
Prof.Dr. İbrahim USLU
Karbondioksit – Faz diyagramıTek bileşenli sistem
• C02 faz diyagramı
incelendiğinde, 1 atm'in altında
oda sıcaklığında derhal gaz
haline döner.
• Normal atmosferik koşullarda (1
Atm ve 25°C) ise, gaz halindeki
C02'nin katı hale gelebilmesi
için sıcaklığın -78°C'nin altına
düşürülmesi gerekir.
• Bu koşuldaki C02 kuru buz
olarak bilinir.
![Page 6: Tek bileşenli sistemler](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052201/559a605e1a28abcf1d8b47be/html5/thumbnails/6.jpg)
Prof.Dr. İbrahim USLU
Oda sıcaklığında karbondioksit sıvı fazı
• Gaz C02'i oda sıcaklığında
sıvılaştırmak için ise, basıncın
67 atm'in üstüne çıkarılması
gerekir.
![Page 7: Tek bileşenli sistemler](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052201/559a605e1a28abcf1d8b47be/html5/thumbnails/7.jpg)
Prof.Dr. İbrahim USLU
Suyun faz diyagramı
• XM eğrisi, suyun buz ile sıvı
şeklîni bir arada bulunduran
erime eğrisi;
• MK eğrisi, suyu hem sıvı hem
de buhar halinde bulunduran
buharlaşma eğrisi;
• ML eğrisi ise suyu, hem buz,
hem de buhar halinde
bulunduran süblimasyon
eğrisidir.
• Bu eğriler üzerinde F değeri
1’dir.
![Page 8: Tek bileşenli sistemler](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052201/559a605e1a28abcf1d8b47be/html5/thumbnails/8.jpg)
Prof.Dr. İbrahim USLU
Suyun üçlü noktası
• Suyun her üç fazının bir arada dengede
bulunduğu koşul (0.006 atm, 0.0098°C),
suyun üçlü noktası (triple point) olarak
adlandırılır.
• Bu, sistemde üç fazın aynı anda dengede
kalabilmesi için hiç bir değişkenin
değiştirilmemesi gerektiğini gösterir.
• Değişkenlerin herhangi birinin
değiştirilmesi durumunda sistem iki
veya tek fazlı duruma döner.
• 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).
![Page 9: Tek bileşenli sistemler](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052201/559a605e1a28abcf1d8b47be/html5/thumbnails/9.jpg)
Prof.Dr. İbrahim USLU
Su ve Karbondioksit farkı
• Su ile C02'in faz diyagramları arasındaki temel fark, suyun katı ve sıvı
bölgeleri arasındaki eğrinin (XM) eğiminin negatif, C02'in ise, pozitif
olmasıdır.
• Su için XM eğrisi basınç arttıkça sola doğru eğilir. Bu, basınç arttıkça buzun
daha düşük sıcaklıklarda eriyeceğini ve suyun donma noktasının
azalacağını göstermektedir.
• C02 için ise, bunun tam tersi geçerlidir.
![Page 10: Tek bileşenli sistemler](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052201/559a605e1a28abcf1d8b47be/html5/thumbnails/10.jpg)
Prof.Dr. İbrahim USLU
Tek Bileşenli Sistemler, 1 fazlı
• Tek bileşenli sistemler saf maddelerden oluşur. Diğer bir deyişle fazlar
tek bir bileşenden oluşur
• Tek bileşenli (örneğin saf su ) gibi sistemlerde
F= 3 – P
• şeklinde verilir.
• Eğer tek bir faz mevcutsa (P=1) bu durumda F=2 olup P ve T bağımsız
olarak değiştirilebilir.
• Başka bir deyişle tek bir faz P-T faz diyagramında bir bölge ile gösterilir.
![Page 11: Tek bileşenli sistemler](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052201/559a605e1a28abcf1d8b47be/html5/thumbnails/11.jpg)
Prof.Dr. İbrahim USLU
Tek Bileşenli Sistemler, 2 fazlı
• Eğer iki faz (P=2) birbirleri ile denge halindeyse bu durumda
F=1 olur . Bu da sıcaklık belirli ise basıncın artık bağımsız
olarak değiştiremeyeceğini gösterir .
• İki fazın denge halinde olması durumu P-T faz diyagramında bir
çizgi ile gösterilir.
• Bunun anlamı belli bir basınçta iki fazın ancak belli bir sıcaklıkta
dengeye geleceğidir. Başka bir deyişle belli bir basınçta donma-
erime , buharlaşma- yoğunlaşma gibi faz dönüşümleri belirli
bir sıcaklıkta olur .
![Page 12: Tek bileşenli sistemler](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052201/559a605e1a28abcf1d8b47be/html5/thumbnails/12.jpg)
Prof.Dr. İbrahim USLU
Tek Bileşenli Sistemler, 3 fazlı
• Eğer üç faz denge halinde ise F=0 olur .
• Buna göre üç fazın denge halinde olması durumu ancak belirli
bir sıcaklıktaki ve basınçtaki bir noktada söz konusudur.
• Buna üçlü nokta adı verilir.
• F değeri eksi “–” olamayacağından dört farklı fazın dengede
olması durumu söz konusu değildir.
![Page 13: Tek bileşenli sistemler](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052201/559a605e1a28abcf1d8b47be/html5/thumbnails/13.jpg)
Prof.Dr. İbrahim USLU
Tek bileşenli sistemlerde serbestlik derecesi
• 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
![Page 14: Tek bileşenli sistemler](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052201/559a605e1a28abcf1d8b47be/html5/thumbnails/14.jpg)
Prof.Dr. İbrahim USLU
Tek bileşenli sistemlerde faz sayısı artışı
• faz kuralının tek bileşen içeren bir sisteme uygulanması
sonucu hesaplanan serbestlik dereceleri (F)
![Page 15: Tek bileşenli sistemler](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052201/559a605e1a28abcf1d8b47be/html5/thumbnails/15.jpg)
Prof.Dr. İbrahim USLU
Oda sıcaklığında beher içindeki etanol
• Sistemin bileşen sayısı (C) sadece etanol molekülünden
oluşması nedeniyle tek’dir.
• Sistemdeki faz sayısı, sıvı ve buhar durumundaki etanol birlikte
aralarında bir sınır oluşturacak şekilde bulunduğu için, iki’dir.
• Bu sistemi bu durumda tutabilmek için, yani fazlar arasında
molekül geçişi olmaması için, ya sıcaklığın ya da basınç
değerinin sabit tutulması gerekir. Nitekim serbestlik derecesi
değeri de (F = C - P + 2) bir olarak hesaplanır.
![Page 16: Tek bileşenli sistemler](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052201/559a605e1a28abcf1d8b47be/html5/thumbnails/16.jpg)
Prof.Dr. İbrahim USLU
Faz dönüşümü denge koşulları
• Bir α ↔ β faz donuşumu için denge koşulları:
• Denge durumunda sistemin içindeki fazların kimyasal
potansiyelleri( Molar Gibbs Serbest Enerjileri) birbirlerine eşit
olmalıdır.
![Page 17: Tek bileşenli sistemler](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052201/559a605e1a28abcf1d8b47be/html5/thumbnails/17.jpg)
Prof.Dr. İbrahim USLU
Dengede fazların Kimyasal Potansiyelleri
eşittir• Denge durumunda sistemin içindeki fazların kimyasal
potansiyelleri( Molar Gibbs Serbest Enerjileri) birbirlerine eşit
olmalıdır.
![Page 18: Tek bileşenli sistemler](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052201/559a605e1a28abcf1d8b47be/html5/thumbnails/18.jpg)
Prof.Dr. İbrahim USLU
Clausius-Clapeyron Denklemi
• Daha önceden biliyoruz ki sabit basınçta, faz dönüşüm
sıcaklığında:
• Bu ifadeyi için bulduğumuz ifade de kullanırsak,
• Clausius-Clapeyron Denklemi.
![Page 19: Tek bileşenli sistemler](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052201/559a605e1a28abcf1d8b47be/html5/thumbnails/19.jpg)
Prof.Dr. İbrahim USLU
Clausius-Clapeyron Denkleminde Entalpi
• Dikkat edilmelidir ki faz dönüşümü sırasındaki entalpi değişimi
sabit değildir ve sıcaklık ve basınçla beraber değişmektedir.
• 10 MPa dan küçük değişimlerde yukaridaki denklemdeki ikinci
terim genellikle göz ardı edilir .
• Bu denklemde ∆Cp
• olarak hesaplanır.
![Page 20: Tek bileşenli sistemler](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052201/559a605e1a28abcf1d8b47be/html5/thumbnails/20.jpg)
Prof.Dr. İbrahim USLU
Clausius-Clapeyron Denkleminde hacim
• Kati↔Sıvı faz dönüşümlerinde çok büyük bir hacimsel değişme
olmaz.
• Ancak Sıvı↔Buhar ve Katı↔Buhar dönüşümlerinde gaz fazının
hacmi sıvı fazına kıyasla çok daha büyüktür.
• Ayrıca buharın ideal gaz gibi davrandığını farz edersek,
• Böylece olur.
![Page 21: Tek bileşenli sistemler](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052201/559a605e1a28abcf1d8b47be/html5/thumbnails/21.jpg)
Prof.Dr. İbrahim USLU
Clausius-Clapeyron Denklemi,
Sıvı-Buhar ve Katı-Buhar
Clayperon denkleminde eşitliğini kullanırsak
![Page 22: Tek bileşenli sistemler](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052201/559a605e1a28abcf1d8b47be/html5/thumbnails/22.jpg)
Prof.Dr. İbrahim USLU
Örnek 1• 1 atm. basınç altında kaynama sıcaklığı 58 oC olan sıcaklıktan
bağımsız olduğu varsayılan özgül buharlaşma entalpisi 31000 j/mol
olan brom için 0.75 atm deki kaynama sıcaklığını bulunuz.
• Sıvı-gaz dönüşümü olduğu için ve gazi ideal gaz olarak kabul
edersek. Ayrıca entalpi değişiminin(∆Hsb) sıcaklıktan bağımsız
olduğunu kabul edersek:
![Page 23: Tek bileşenli sistemler](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052201/559a605e1a28abcf1d8b47be/html5/thumbnails/23.jpg)
Prof.Dr. İbrahim USLU
Örnek 2
• Yukarıdaki örnek de verilen bilgileri kullanarak brom için, Sıvı
Gaz faz dönüşüm sınırını bulunuz.
![Page 24: Tek bileşenli sistemler](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052201/559a605e1a28abcf1d8b47be/html5/thumbnails/24.jpg)
Prof.Dr. İbrahim USLU
Kaynaklar
• Bu sunumda Prof.Dr. Mehmet Levent Aksu’nun sunumundan ve
• Ayrıca
• http://www.belgeler.com/blg/2rzq/tek-bilesenli-sistemlerde-faz-dengesi8
• Adresinde yazarı belli plmayan dökümandan tamamen faydalanılmıştır.