Stavové chování a tepelné kapacity roztoků organických látek ve vodě
Obecná charakteristika
Vodné roztoky nejrůznějších látek jsou systémy, se kterými se kolem
sebe setkáváme velmi často. Jako nejdůležitější příklad uveďme
podzemní či povrchové vody, kde rozpuštěné látky jsou buďto jejich
přirozenou součástí a nebo jsou to naopak nežádoucí příměsí, které se
do vod dostávají velmi často lidskou činností. Vodné roztoky se
v našem okolí vyskytují jak za podmínek běžných teplot a při
atmosférickém tlaku, tak i při teplotách a tlacích vysokých
(geotermální systémy, systémy energetických zařízení). Znalosti
vlastností látek v rozpuštěném stavu ve vodě za extrémních podmínek
jsou tedy velmi důležité. Uplatní se v mnoha oblastech: průmyslové
výroby nejrůznějších látek s využitím vody jako rozpouštědla,
technologické procesy při odstraňování škodlivin ze životního
prostředí, řešení problémů spojených se šířením škodlivých látek,
problematika geochemických procesů, biologické procesy za běžných i
extrémních podmínek (např. metabolismus termofilních bakterií žijících
poblíž podmořských sopek). Studium vlastností vodných roztoků má však
svůj význam i v oblasti teoretického studia zcela výjimečné struktury
vody a jejích interakcí s dalšími látkami.
I přes nepopiratelný pokrok v teoretických disciplínách chemie je
dosud hlavním zdrojem informací o vlastnostech látek ve vodných
roztocích experiment, a to experiment volený tak, aby bylo možné
získané výsledky nejen využít pro výpočty termodynamických vlastností
vodných systémů, ale také tyto výsledky zobecňovat a tím získat
možnosti odhadovat vlastnosti systémů experimentálně nestudovaných
(experiment je drahý a nelze změřit všechno). Hlavními oblastmi
experimentálního studia poskytujícího informace o nejdůležitějších
termodynamických vlastnostech vodných roztoků to jsou oblasti studia
fázových rovnováh (kapalina - pára, kapalina - kapalina, rozpustnost),
studium stavového chování (hustota, parciální molární objem) a studium
termických vlastností (např. tepelné kapacity). Významnou oblastí je
rovněž studium tzv. adiabatických vlastností, mezi něž patří především
rychlost šíření zvuku a které vzájemně propojují stavové chování a
termické vlastnosti. Dostatečně úplný soubor experimentálních dat pak
umožňuje exaktní výpočty (exaktní v tom smyslu, že jsou podloženy
exaktními termodynamickými vztahy) termodynamických vlastností vodných
roztoků přičemž teplotní závislosti jsou určeny termickými vlastnosti
(tepelné kapacity), závislosti na tlaku pak veličinami plynoucími ze
stavového chování (parciální molární objem).
Cíle
Student se
- seznámí s moderními experimentálními technikami měření základních fyzikálně-chemických veličin (teplota, tlak, hustota),
s technikou řízení experimentu a sběru naměřených dat pomocí počítače a
-
naučí
základy termodynamiky roztoků a směsí,
statistické zpracování dat,
vyhledávat data v literatuře (CAS, SciFinder, Beilstein).
Témata
>>> Témata lze vzájemně kombinovat dle dohody se studentem! <<<
-
Studium koncentrační závislosti hustoty vodných roztoků organických
látek moderní metodou vibrační densimetrie
Měření hustoty vodných roztoků vybraných organických látek při
atmosférickém tlaku a teplotách do 70 °C. Pro měření je využíván
komerční vibrační hustoměr firmy A.Paar. Výsledky měření jsou
zpracovány do formy jak závislosti samotné hustoty na složení roztoku,
tak odvozených veličin jako parciální molární objem a dodatkový objem.
-
Studium teplotní a tlakové závislosti hustoty vodných roztoků
organických látek pomocí automatizovaného vibračního hustoměru
Měření hustoty vodných roztoků vybraných organických látek při
teplotách 25 až 300 °C a tlacích do 30 MPa v oblasti nízkých
koncentrací organické látky (velmi zředěné roztoky). Pro měření je
používána unikátní sestava vibračního hustoměru s automatickým
dávkováním vzorků a sběrem naměřených dat zkonstruovaná na
pracovišti. Zpracování je vedeno směrem k parciálnímu molárnímu objemu
rozpuštěné organické látky při nekonečném zředění metodou extrapolace
naměřených dat na nulovou koncentraci.
-
Měření tepelných kapacit vodných roztoků v širokém rozmezí teplot a
tlaků
Měření tepelné kapacity vodných roztoků vybraných organických látek
při teplotách 25 až 300 °C a tlacích do 30 MPa v oblasti nízkých
koncentrací organické látky (velmi zředěné roztoky). Pro měření je
používán nově zkonstruovaný průtočný kalorimetr. Zpracování je vedeno
směrem k parciální molární tepelné kapacitě rozpuštěné organické látky
při nekonečném zředění metodou extrapolace naměřených dat na nulovou
koncentraci.
-
Studium zákonitostí v charakteru závislosti hustoty a molárního objemu
kapalných směsí na složení
Závislost hustoty ideální směsi na složení a analýza vlivu odchylek od
Amagatova zákona na tvar závislosti hustota - složení u binárních
směsí. Vliv odchylek od Amagatova zákona na parciální molární objemy
složek. Nalezení experimentálních dat reprezentujících jednotlivé
modelové typy v literatuře.
-
Příspěvková metoda pro odhad standardního parciálního molárního objemu
organických látek ve vodě
Návrh strukturně-příspěvkové metody pro odhad standardního parciálního
molárního objemu ve vodě pro vybranou skupinu organických
látek. Výpočet hodnot příspěvků z existujících experimentálních
dat. Testování predikčních schopností navržené metody.
-
Literární rešerše experimentálních dat o stavovém chování vodných
roztoků vybraných organických látek
-
Literární rešerše experimentálních dat o rychlosti zvuku ve vodných
roztocích vybraných organických látek
-
Literární rešerše experimentálních dat o tepelných kapacitách vodných
roztoků vybraných organických látek
Výše uvedené práce jsou rešeršního charakteru s cílem shromáždit
experimentální data publikovaná pro danou vlastnost
v literatuře. Vyhodnocení provedené rešerše z hlediska přesnosti a
spolehlivosti dat, koncentračního, teplotního, příp. i tlakového
rozsahu a z hlediska úplnosti či neúplnosti dostupných informací pro
vybranou skupinu látek. Nalezení "prázdných" míst pro budoucí cílený
experiment.
Zpět na nabídku bakalářských prací ÚFCH