GRUPA NR: ZESPÓŁ:	ĆWICZENIE NR: 9 Trójkąt Gibbsa	DATA WYKONANIA ĆWICZENIA:
ZESPÓŁ:			OCENA:

1. WSTĘP TEORETYCZNY.

REGUŁA FAZ GIBBSA

Zmiennymi intensywnymi, określającymi stan układu α - składnikowego i β - fazowego są: temperatura, ciśnienie i stężenia (α-1) składników niezależnych w każdej z faz z osobna. W sumie dla całego układu, niezależnych zmiennych stężeniowych jest β(α-1). Wszystkich natomiast zmiennych intensywnych łącznie z dwiema zmiennymi p i T będzie β(α-1)+2.

* W przypadku równości liczby zmiennych i liczby warunków równowagi :

β(α-1)+2 = α (β-1)

można doprowadzi do osiągnięcia przez układ stanu równowagi fazowej przy ściśle określonym doborze wartości każdej ze zmiennych.

* Jeżeli liczba warunków równowagi przeważa nad liczbą zmiennych :

α (β-1) > β(α-1)+2

to wówczas układ taki jest nie rozwiązywalny.

*Jeśli natomiast niezależnych zmiennych jest więcej niż warunków równowagi :

α (β-1) < β(α-1)+2

to dla zrealizowania stanu równowagi wystarczy dobrać wartości tylko niektórych zmiennych, zachowując nie zmienione wartości pozostałych.

Różnica tych liczb :

[ β(α-1)+2 ]-[ α (β-1)] = α - β + 2

nosi nazwę liczby stopni swobody układu (s)

Liczba ta określa liczbę zmiennych, których wartości można zmieniać dowolnie (w pewnych granicach), przy czym zmiana ta wywołując naruszenia stanu równowagi nie spowoduje jednak zmiany liczby faz.

Związek pomiędzy liczbą stopni swobody a liczbą faz i liczbą składników niezależnych został wyprowadzony po raz pierwszy przez J. W. Gibsza i nosi on nazwę reguły faz. Stosuje się on do układów zamkniętych, znajdujących się w stanie izotermiczno-izobarycznej równowagi.

2. CEL ĆWICZENIA.

Celem ćwiczenia jest określenie stężeń i wykreślenie izotermy rozpuszczalności na diagramie Gibbsa. Wzajemna rozpuszczalność dwóch praktycznie nie mieszających się cieczy ulega znacznemu zwiększeniu po dodaniu trzeciego składnika. Zjawisko to występuje przy założonej temperaturze

3.ZADANE PARAMETRY.

Dane są czyste substancje: woda, benzen i kwas octowy. Na podstawie miareczkowania benzenem roztworu woda-kwas octowy wyznaczamy punkty na binodzie ograniczającym zakres częściowej rozpuszczalności badanego układu trójskładnikowego. Punkty na binodzie uzyskujemy również przeprowadzając w tej samej temperaturze miareczkowanie mieszaniny woda-benzen, kwasem octowym do zaniku zmętnienia. Jeżeli punkty uzyskane obydwoma sposobami będą leżały na tej samej binodzie uzyskamy potwierdzenie prawidłowości wykonania badania układu.

4. SPOSÓB WYKONANIA ĆWICZENIA.

*Z układu niejednorodnego dochodzimy do roztworu (po dodaniu składnika homogenizującego).

- Napełniamy biuretę kwasem octowym (10 cm³)

- Do kolbki stożkowej nalewamy benzen i wodę (z pipety) w ilości podanej przez prowadzącego. Uzyskujemy układ dwufazowy dwuskładnikowy: woda nasycona niewielka ilością benzenu (faza dwuskładnikowa) w równowadze z roztworem benzenu nasyconego wodą. Ten heterogeniczny układ miareczkujemy kwasem octowym do uzyskania klarownego, jednofazowego układu homogenicznego.

- Po zmiareczkowaniu do tego roztworu dodajemy 1 cm³ wody. Powstanie znowu układ dwufazowy, który ponownie miareczkujemy kwasem octowym. Kolejne czynności hetero- i homogenizacji (kwasem) prowadzimy jeszcze 5 razy w ilościach zadanych przez prowadzącego. Kolejne wyniki miareczkowania notujemy.

*Z układu jednorodnego dochodzimy po dodaniu trzeciego składnika do układu niejednorodnego.

- Napełniamy biuretę benzenem (10 cm³)

- Do kolbki stożkowej nalewamy kwas octowy i wodę (z pipety) w ilości zadanej przez prowadzącego. Uzyskujemy jednorodny homogeniczny roztwór (1 faza-dwuskładnikowa),ostrożnie miareczkujemy benzenem do zmętnienia - czyli do heterogenizacji układu (dwie fazy trójskładnikowe) pamiętając o stałym mieszaniu i utrzymaniu stałej, zadanej temperatury. Wynik miareczkowania zapisujemy.

- Do tej samej kolbki dodajemy z pipety kwasu octowego. Dwufazowy roztwór powinien ulec homogenizacji. Tak zhomogenizowany układ (1 faza - trójskładnikowa) ostrożnie miareczkujemy benzenem do zmętnienia jak wyżej.

- Następujące po sobie procesy miareczkowania i ponownej homogenizacji powtarzamy 3 razy w ilościach zadanych przez prowadzącego.

5. WYNIKI POMIARÓW.

Pomiar pierwszy przy temperaturze 30°C

Próbka	Objętość [cm^3]			Ułamek molowy			Ułamek wagowy
	woda	benzen	kwas octowy	woda	benzen	kwas octowy	woda	benzen	kwas octowy
1	2,0	15	12,1	0,21	0,35	0,44	0,07	0,47	0,46
2	1,0	15	3,7	0,27	0,28	0,45	0,09	0,40	0,51
3	0,8	15	2,5	0,29	0,25	0,46	0,10	0,36	0,53
4	0,6	15	1,7	0,31	0,23	0,46	0,11	0,34	0,54
5	0,4	15	1,2	0,32	0,22	0,46	0,12	0,33	0,55
6	0,2	15	0,4	0,33	0,21	0,46	0,12	0,32	0,56
7	0,1	15	0,2	0,33	0,21	0,46	0,12	0,32	0,56

Pomiar drugi przy temperaturze 30°C.

Próbka	Objętość [cm^3]			Ułamek molowy			Ułamek wagowy
	woda	benzen	kwas octowy	woda	benzen	kwas octowy	woda	benzen	kwas octowy
	5,1	15	21,8
1	5,1	2,0	1,0	0,313	0,227	0,459	0,116	0,340	0,544
2	5,1	1,3	0,5	0,305	0,238	0,457	0,111	0,352	0,536
3	5,1	0,3	0,3	0,302	0,239	0,458	0,110	0,353	0,536

Podziałka w ułamkach molowych

Podziałka w ułamkach masowych.

6. DYSKUSJA WYNIKÓW I WNIOSKI KOŃCOWE.

Woda i benzen są substancjami o ograniczonej rozpuszczalności. Kolejne porcje kwasu octowego powodują polepszenie wzajemnej rozpuszczalności cieczy, dzięki czemu składy obu roztworów nasyconych względem tych składników zbliżają się do siebie i w punkcie homogenizacji skład obu faz wyrównuje się, zanika granica faz i układ staje się jednofazowy.

Miareczkowanie kwasem octowym mieszaniny benzenu i wody pozwoliło nam na znalezienie punktów potrzebnych do wykreślenia binody, mówiącej o składzie obu faz.

Miareczkowanie benzenem mieszaniny wody i kwasu octowego doprowadziło nas do punktów wyznaczających tą samą binodę, co świadczy o poprawności wykonania zadania.

Po każdej zmianie ilości faz w układzie dodawany jest jeden ze składników. Powoduje to, ze układ wraca ze stanu równowagi (punkt na bindzie) do stanu dwufazowego. Dodanie tego składnika zmienia proporcje molowe ( tym samym masowe) układu. Ponowne miareczkowanie tego układu pozwala znaleźć punkt binody.

1

---