תערובת כימיות יוצרות את עמוד השדרה של אינספור מוצרים ותהליכים, מנוסחאות תרופות ומפתלים תעשייתיים למזימות מזון ואווירסולמות אטמוספריות.יציבותן של התערובת הללו – בין אם הן נשארות הומוגניות לאורך זמן או עוברות הפרדה בשלב, משקעים או ירידה כימית - נשלטת על ידי יחסי תערובת עדינים של פרמטרים תרמודינמיקה אלה מאפשר למהנדסים ולשלב התנהגות, אופטימיזציה, תהליכים מתמטיים, עיבוד חומרים כימיים חזקים, ואפקטים חזקים של יסודות חומרים כימיים, אשר מספקים השפעה עמוקה.

גיבס חינם אנרגיה: The Ultimate Arbiter of Stability

[ה] האנרגיה החופשית של גיבס (Fillo:0) היא הפונקציה התרמודינמית המרכזית לחיזוי מצב הספונטניות והשוויון של תערובת בטמפרטורה מתמדת ולחץ.השינוי בגיבבס חופשי על ערבוב (שלב מבוהל:2 ⁇ GFLT:4FLT:4FLT:5) קובע אם הוא נוטה לשילוב אנרגיה שלילית של 9.

הקשר מתבטא באלגנטיות על ידי המשוואה הבסיסית:

(ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

(ב) ⁇ ⁇ hirFLT:1 ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

(ב) תגובות כימיות בתוך תערובת, הסימן של FLT:0 ⁇ GearGFLT ( 1:1 עבור התגובה עצמה מצביע על כך האם מגיבים או מוצרים מועדים על איזון. במערכות התרופות, למשל, מולקולה לסמים יכולה להתקיים בצורות מוצקות מרובות (polymorphs); הפולימורפ עם האנרגיה החינמית הנמוכה ביותר של גיבס בתנאים מורכבים הוא יציב, אשר משפיע על פיזור ורמת יתר של חלבון:

תפקיד ה- Equilibrium Constant

לתהליכים בלתי הפיכים בתערובת, שינוי האנרגיה הבלתי פוסק של שיווי המשקל:0KIRLT:1 קשור ישירות לשינוי האנרגיה החופשי של גיבס הסטנדרטי:

(ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

(ב) ,"ה'"ב"ה, "ה'" (ב"ב)"ב"ה, "ה'" (ב')"ב')" (ב')"ה')"ב'"ה', "ה'"ה'" (ב')"ה')"ה'"ה'"ב'"ה'"ה'"ה'"ה', "ה'"ה'"ה'"ה'"ה'"ה'"ה'"ה'"ה'"ה'"ה'"ה'"ה'"ה'"ה', "ה', "ה', "ה'"ב', "ה'"ב'"ה'"ב[[ה', "[[ה'"ב[[ה', ו"ב[[ה', [[ה', [[ה', [[ה', [[ה')"ב[[ה', [[ה'"ב[[ה', [[ה', [[ה'"ב[[ה', [[ה'"ב[[ה'"ב[[ה'"ב[[ה'"ב[[ה'"ב[[ה

Enthalpy of Mixing: The Energetic Component

שינוי הנטל על שילוב (ראה FLT:0 ⁇ HFLT) משקף את האנרגיה נטו נספגת או שוחרר כאשר מרכיבים משולבים.זה נובע מהבדל בין אינטראקציות בלתי-חלוליות בתערובת ואלה במרכיבים הטהורים.

  • (FLT:0) תערובת אקסותרמית של 1FLT (ראה:2 ⁇ HFLT 3: 3): תערובת משחרר חום.זה לעתים קרובות מצביע על אינטראקציות אטרקטיביות חזקות בין מולקולות שונות (למשל, יחסי מימן או dipole-dipole) תערובת אקסותרמית בדרך כלל מעדיף יציבות כי זה מוריד את האנרגיה של המערכת.
  • (ב) [הפסקה:0] תערובת אנדורמית של LT:1 [הרש"ל:2 ⁇ H > 0FLT 3: 3]: אנרגיה חייבת להיות מסופקת כדי ליצור את התערובת.אם רווח אנטרופי אינו מספיק כדי לזרז את הדלפק החיובי, תערובת עשוי להיות בלתי יציבה ונפרדת.

בקריסטליזציה תעשייתית, שליטה על הנטל של הפתרון היא המפתח.לדוגמה, יציבות של פתרון על-טבעי - מצב מטבולי המשמש לעתים קרובות בעיבוד תרופות - תלוי באיזון בין כוחות נהיגה enthalpic ו- entropic.הבנת הנטל של ערבוב מאפשר לפורמולטורים לבחור מערכות מצמצם את הסיכון למשקעים לא רצויים.

אנרגיה וסבון

עבור תערובת מוצק-liquid, כגון חלקיקים סמים מפוזרים בכלי רכב נוזלי, האנרגיה של כוח הנקה ואת האנרגיה של ה solvation של מולקולות מומס הם קריטיים. אנרגיה גבוהה ⁇ (אריזות קריסטל חזק) לעתים קרובות מוביל לסולילות נמוכה; לעומת זאת, נזלת חזקה (שטיפה של שמנת יתר) בעד פירוק וייצוב הפתרון אלה הם קשורים ישירות לתערובת:0.

Entropy and the Drive Force for Mix[עריכת קוד מקור | עריכה]

(ראה:0) ⁇ (ב) ⁇ ) מספר הדרכים שבהן ניתן לחלק את האנרגיה והחלקיקים במערכת.השינוי האנטרופי על ערבוב (ראה:2 ⁇ SFLT 3: 3) הוא בדרך כלל חיובי כי ערבוב עלייה במספר המיקרו-מדינתיים נגישים.

(ב) ויקרא י"ד): "וַיְּבְהִיתִיא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא עַל עַל עַל עַל עַל עַל עַל עַל עַמְתִּים" (בראשית כ"ד, ).

מונח זה הופך שלילי יותר כמו שברים השופרים מ-0.5, אבל זה תמיד חיובי לערבב. אנטרופיה היא הסיבה העיקרית לכך שתערובת רבות נוצרת באופן ספונטני גם כאשר התערובת היא endothermic.הדוגמה הקלאסית היא תערובת של גזים אידיאליים - ערבוב מתרחשת עם אפס שינוי הלכתי אבל עם רווח אנטרופי משמעותי.

אפקט הידרופובי

אחת התופעות החשובות ביותר המונעות על ידי אנטרופיה בתערובת אקסואלית היא ההשפעה הידרופובית. מולקולות או קבוצות לא קוטביות נוטות לקשר במים, למזער את הקשר שלהם עם מולקולות מים.התנהגות זו חיובית באופן טרופי מכיוון שהיא משחררת מולקולות מים הורה (מבנה "גיל") לתוך ההתפרצות, הגדלת ההפרעה הכוללת. במערכות ביולוגיות, אפקט הידרופובי שמניע חלבון, membrane וגורם לתערובת כימית אטרקטיבית, אם היא תערובת.

פתרונות אנטרופיים ופולימרים

עבור תערובת פולימר-סולאוור, הטרופיה של ערבוב הוא הרבה יותר קטן למולקולה מאשר למולקולות קטנות כי רשתות פולימר גדולות ויש להם חופש תרגום מוגבל.זה הופך פתרונות פולימרים יותר נוטה להפרדה בשלב, במיוחד במשקל מולקולרי גבוה.התאוריה פלורלי-הווגינס משלבת הן נטיות ושגשוג טרופי לחיזוי יציבות פולימרופת ומשמשת באופן נרחב בציפוי, ציפויים, pretroives: 1.

טמפרטורה ולחץ: כוונו את חלון היציבות

טמפרטורה ולחץ הם המשתנים הנפוצים ביותר לשלוט יציבות תערובת.אפקטים שלהם נשלטים על ידי עקרונות תרמודינמיקה המושתתים במשוואה ואן לא ההלוף ואת העיקרון של Le Chatelier.

השפעות טמפרטורה

(ב) ⁇ 0 (= ⁇ G)= ⁇ H - T ⁇ Spherpher (T ⁇ Sph) 1:1, ברור כי הטמפרטורה יכולה לשנות את האיזון בין enthalpy לבין entropy. for exthermic Mixs (negative FLT:2 ⁇ hFLT 3), עלייה בטמפרטורה נמוכה יותר של 10GFallowing הוא בדרך כלל נמוך יותר (מכיוון ש- 7)

לעומת זאת, עבור תערובת אנדרמיות (חיוביות FLT:0 ⁇ HFLT:1) עם רווח גדול מספיק entropy, הגדלת הטמפרטורה טובה לערבב כי הנטל הבלתי נסבל הופך פחות דומיננטי יחסית למונח האנטרופי.

השפעות לחץ

הלחץ משפיע בעיקר על יציבות התערובת של גזים או נוזלי תנודתיים.על פי העיקרון של לה צ'אטלר, לחץ גובר מעדיף את השלב או המדינה אשר תופסת פחות נפח. עבור תערובת גז-לא-שקד, לחץ גבוה יותר מגביר את עוצמת הגז - כפי שתואר על ידי החוק של הנרי - כי פירוק נפח המערכת במיצוי סופר קריטי (למשל, CO2), לחץ גבוה יותר מגביר את רמת הגמישות של צ'אט 1B משיגה באופן מדויק יותר:

שלב Diagrams ו- Metastability

דיאגרמות שלב מייצגות באופן גרפי את האזורים של טמפרטורה, לחץ, והרכב שבו תערובת יציבה כמו שלב אחד או coexists בשלבים מרובים. עקומת בינארית מפרידה את האזור יציב חד-phase אחד מאזורים metastable ולא יציבים.בתוך האזור השדרה, תערובת היא בלתי יציבה ונחושת באופן ספונטני על ידי decomposition ספין- מנגנון ייחודי מצמיחה והבנתם של תהליכים קינמטיים (אך הם ⁇ ) כמו ⁇ ם של חומר נפץ, אך ורקמות (אך הוא ⁇ ) הוא לא יציב ואפקטיביים (אך הוא ⁇ ) כמו ⁇ ם באופן ספונטנית) הוא ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

יישומים מעשיים בתעשיות

העקרונות התרמודינמיים שנדונו לעיל, נמצאים בפרקטיקה יומיומית בתחומים החל מפיתוח תרופות למדע המזון ועד להנדסת חומרים.

פורמולציה

מוצרי סמים חייבים לשמור על יציבות כימית וגופנית על חיי המדף שלהם.חיזוי של מרכיב תרופות פעיל (API) בתערובת ממוקדת שנבחרה היא בעיה תרמודינמית קלאסית. פלורס משתמשים משוואה ה-Ven't Hoff כדי למנוע כל כךלוליות מטמפרטורות נמוכות, והם ליישם את מסגרת האנרגיה החינמית של גיבס כדי לבחור פתורים, גולשים, אודלקסרטיקס כדי למנוע פיזור תרופות מוצק - לעתים קרובות.

פודונים וקולואידים

מיינז, חליפת סלט וחלב מייצבים על ידי מאמתים שהורדת המתח הבין-גזעי ויוצרים מחסום קיננטי למחזור פחם.עם זאת, כוח הנהיגה התרמודינמיקה הבסיסי הוא ההבדל באנרגיה חופשית בין שלב השמנת-נפט-מים לבין השלבים העיקריים של ייצור רטבומי גיבס (GLTs) מתייחס גם לשינויים במתח בין-facial למשטח של עודף של טמפרטורות .

כימיקלים תעשייתיים וסולטים

בייצור כימי, בחירת תערובת סלנט הנכון עבור תגובה או מיצוי מצמצם את עלויות האנרגיה ומשפר את התשואות.התרמודינמיקה מודלים באמצעות פעילות coefficients (למשל, NRTL, UNIQUAC) מאפשר למהנדסים לחזות איזון נוזלי-liquid ו vapor-liquid איזון ללא ניסויים נרחבים.זה חיוני לתכנון עמודות, נוזלי-נוזלים, ותמציתיים של יחידות קירור בלתי אפשריות של גיבודינמיקה, היכן שמשתנים, נמצאים בתערובת של שבץ, כאשר הם תערובת פשוטה של פסולת.

כימיה סביבתית ואטמוספירה

יציבות האווירוסולים, טיהור ענן גרעיני, ותערובת מזוהמת באווירה נשלטת על ידי פרמטרים תרמודינמיים.לדוגמה, חלוקת הגז-חלקיק של תרכובות אורגניות למחצה, מתוארת על ידי תיאוריית החלוקה החמקמקה, אשר ממאזן את הפוטנציאל הכימי של כל תרכובת בין שלב הגז לבין שלב האוויר האורגני.

נושאים מתקדמים: פתרונות לא-עסקיים ואפקטים של פעילות

(ה) , לעיתים נדירות, ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

גיבבס חינם מודלים

Models such as Margules, van Laar, Wilson, NRTL, and UNIQUAC are used to correlate and predict activity coefficients from limited experimental data. These models are essential for designing separation processes and for understanding the conditions under which a mixture becomes unstable (e.g., liquid–liquid immiscibility). The spinodal condition for a binary mixture is given by:

(ב) ויקרא י"א): "[2] ,2 [ה]" (ב"ד:2] ,2 ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

קריטריון זה מגדיר את הגבול של יציבות תרמודינמית.מעבר לאזור לא יציב מוביל להפרדה ספונטנית של שלב.

טמפרטורות פתרון קריטיות וגבוהות / תשובות קריטיות

חלק מהתערובת מציגה טמפרטורה פתרון קריטי נמוך יותר (LCST), מתחתיה הם לגמרי לא סבירים, ומעליהם הם נפרדים.פולי(N-isopylacrylamide) במים היא דוגמה קלאסית, עם LCST סביב 32 מעלות צלזיוס, תערובת אחרות מציגות פתרון קריטי עליון (UCST), שבו אי התאמה עולה עם טמפרטורה.

מסקנה

הפרמטרים התרמודינמיקה - גלבס אנרגיה חופשית, enthalpy, ו entropy - form המסגרת הבסיסית להבנת וחיזוי היציבות של תערובת כימיות. על ידי קביעת התרומות האנרגטיות והטרופיות לשילוב, מדענים ומהנדסים יכולים לקבוע אם תערובת תישאר הומוגנית, שלב נפרד, או לעבור שינויים כימיים.