Iwona Frątczak 99.10.25
wydział chemiczny
kierunek chemia
semestr III
Laboratorium z chemi fizycznej
Ćwiczenie Nr 33
Temat:
„Zastosowanie reguły faz Gibbsa do układu trójskładnikowego”
Data wykonania ćwiczenia: 99.10.25 |
Ocena: |
Podpis: |
Data oddania sprawozdania:
|
Ocena: |
Podpis: |
I.Wstęp:
Reguła faz Gibbsa znajduje zastosowanie min. w układzie trójskładnikowym ( woda, ciecz organiczna, rozpuszczalnik organiczny ). Pozwala ona obliczyć liczbę stopni swobody (z) , tzn. liczbę parametrów układu, które można dowolnie dobrać nie naruszając tym stanu równowagi fazowej .
(Wszystkie parametry układu , uwzględniając wielkości p,T , wynoszą α∗β+2 ,gdzie α -liczba składników , β - liczba faz ).
Liczba stopni swobody ( reguła faz Gibbsa ) wynosi więc z=α∗β+2-α(β-1) -β=α−β+2
Gdzie α(β-1) liczba ułamków dla α składników , ściśle określonych zależnościami:
μi(1)= μi(2) = μi(3)=......= μi(β) (potencjał chemiczny dowolnego składnika „i” jest taki sam we wszystkich fazach ).
Dla układu trójskładnikowego, gdzie dwie ciecze nie mieszają się , natomiast trzecia rozpuszcza się dobrze w każdej z nich , liczba stopni swobody wynosi : z=3 - 2 + 2=3 (powstaną dwa trójskładnikowe roztwory sprzężone ) , a więc , gdy p,T=const mamy f(xA',xB', xA”, xB”)=0.
Graficznym przedstawieniem tej zależności jest trójkąt równoboczny , zwany trójkątem Gibbsa-Roosebooma.
Trójkąt taki powstaje w następujący sposób :
w wierzchołki trójkąta wpisujemy np. % wagowe czystego składnika , następnie na każdym boku odkładamy skład odpowiednich układów dwuskładnikowych , a punkt wewnętrzny odpowiada układowi trójskładnikowemu.
Linia równoległa do boku odpowiada układowi , w którym zawartość danego składnika jest stała .Skład układu trójskładnikowego znajduję prowadząc przez odpowiedni punkt proste równoległe do boków AB i BC , przy czym ułamki Xa,Xb,Xc można odczytać na boku AB . Punkt w trójkącie odpowiadający danemu układowi znajduję odmierzając ułamki na podstawie trójkąta i prowadząc proste równoległe do pozostałych dwóch boków . Dowolna prosta przechodząca przez wierzchołek reprezentuje układy , w których stosunek ułamków dwóch odpowiednich składników jest stały.
Xa
Rys. : Trójkąt Gibbsa-Roosebooma ( jeden z etapów nanoszenia punktów na izotermę mieszania).
II.Wyniki :
|
woda |
ciecz organiczna |
rozp. organiczny |
||||||
Pomiar |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
||||||
|
cm3 |
g |
% |
cm3 |
g |
% |
cm3 |
g |
% |
|
1 |
1 |
4,73014522 |
9 |
7,803 |
31,3737061 |
15,5 |
12,338 |
58,3605 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
2 |
8,02066122 |
8 |
6,936 |
22,4058065 |
20,1 |
15,9996 |
64,1637 |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
3 |
11,2862571 |
7 |
6,069 |
17,406015 |
22 |
17,512 |
65,8816 |
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
4 |
14,5401672 |
6 |
5,202 |
13,6714248 |
23 |
18,308 |
66,5503 |
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
5 |
18,4598572 |
5 |
4,335 |
10,6916506 |
22,3 |
17,7508 |
65,5354 |
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
6 |
22,2386953 |
4 |
3,468 |
8,02430516 |
22 |
17,512 |
64,9073 |
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7 |
7 |
27,7749121 |
3 |
2,601 |
5,6571134 |
19,6 |
15,6016 |
61,9047 |
7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8 |
8 |
33,2474441 |
2 |
1,734 |
3,51656773 |
18 |
14,328 |
59,5462 |
8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
9 |
9 |
40,8241026 |
1 |
0,867 |
1,60943302 |
15,3 |
12,1788 |
55,2432 |
9 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
Ciecz organiczna : toluen
Rozpuszczalnik organiczny : aceton
temperatura przeprowadzenia pomiarów : ok. 20°.
III. Obliczenia :
( Przykład obliczeń dla pierwszego pomiaru ) :
m w =δ w ∗ ν w =1g ; m t =δ t ∗ ν t = 0,867 g/cm3 ∗ 9 cm3 = 7,803g ; m a = δ a ∗ ν a = 0,796 g/cm3 ∗ 15,5 cm3 =12,338g .
% wody = 1g∗ 100% / (1g+7,803g +12,338g )
%toluenu = 7,803g∗100% / (1g+7,803g +12,338g )
%acetonu = 12,338∗100% / (1g+7,803g +12,338g ) .
IV. Opis wykonania ćwiczenia :
W celu wykreślenia izotermy mieszania muszę najpierw wyznaczyć doświadczalnie punkt przejścia układu dwufazowego w jednofazowy .
Odmierzam więc z pipety do kolbki 1ml wody a z biurety 9 ml toluenu. Mieszając zawartość kolbki wkraplam aceton aż do momentu lekkiego zmętnienia ( faza zanikająca ulega dyspersji w fazie drugiej ) i nagłej klarowności cieczy ( moment przejścia dwóch faz w jedną ). Odczytuję objętość acetonu , która zeszła i zapisuję ją w tabeli . Postępując w ten sam sposób dokonuję następnych ośmiu miareczkowań różniących się stosunkiem objętości mieszaniny wody i toluenu ( zwiększam o jeden ml ilość wody zmniejszając o jeden ml objętość toluenu ).
Otrzymane wartości przeliczam na % wagowe i nanoszę je na trójkąt Gibbsa- Roosebooma .
Łącząc otrzymane punkty wykreślam izotermę mieszania .
V. Wnioski :
Z wykresu wynika, że aceton ma większe powinowactwo do toluenu niż do wody, należałoby to tłumaczyć budową związków , a co za tym idzie , ich własnościami fizyko-chemicznymi (np. moment dipolowy, hydrofilowość).
Obecność acetonu w wodzie zmniejsza prawdopodobieństwo utworzenia wiązania wodorowego między cząsteczkami wody ( sam aceton nie tworzy wiązań wodorowych ).
Wyszukiwarka