Bartosz Puchalski 17.XI.2004

Ćwiczenie nr 25

Wyznaczanie izotermy rozpuszczalności w układzie

trzech cieczy

Trójkąt Gibbsa

W ćwiczeniu tym wykorzystujemy graficzną analizę własności układów trójskładnikowych za pomocą tzw. trójkąta stężeń Gibbsa. W przypadku, gdy w układzie trójskładnikowym zachodzą ilościowe zmiany składników, prowadząc badania przy stałej temperaturze i ciśnieniu, możemy graficznie przedstawić własności układu. Jeżeli zachowanie się trzech składników jest podobne, to posługujemy się podanym przez Gibbsa trójkątnym układem współrzędnych, dzięki któremu możemy w sposób łatwy i przejrzysty zobrazować równowagę fazową w układach trójskładnikowych. Wspomniany Gibbs na drodze teoretycznej wyprowadził regułę faz, mającą zastosowanie zarówno do układów jednorodnych i niejednolitych, jak i do układów niejednorodnych i niejednolitych. Reguła ta brzmi: w układzie znajdującym się w stanie równowagi suma liczby faz f i liczby stopni swobody z jest o dwa większa od liczby składników układu s. Reguła ta ujmuje zależność pomiędzy liczbą składników, a liczbą faz i liczbą stopni swobody układu, znajdującego się w stanie równowagi:

Przekształcając ten wzór uzyskujemy liczbę stopni swobody, które można zmieniać w sposób niezależny, nie zmieniając liczby składników i faz układu:

Biorąc pod uwagę to, że nasz układ jest trójskładnikowy a ciśnienie (atmosferyczne) i temperatura (utrzymywana dzięki termostatowi) są stałe wzór przybiera postać:

Ponad izotermą rozpuszczalności będziemy mieli jedną fazę (z = 2) a pod nią dwie fazy (z = 1). Możemy więc zmieniać zawartość, jednego (pod izotermą) lub dwóch (ponad izotermą), ze składników w fazie, nie powodując zmiany liczby faz w układzie. Możliwość przedstawienia składu mieszaniny trójskładnikowej na płaszczyźnie w trójkącie Gibbsa wynika z faktu, że składy te są od siebie zależne. Dla dowolnego składu procentowego x_A x_B i x_C każdej mieszaniny spełniona jest zależność: x_A + x_B + x_C = 100%. Naroża trójkąta ABC odpowiadają 100% zawartości jednego składnika (a 0% dwóch pozostałych). Na przykład w wierzchołku A zawartość składnika A jest 100%, natomiast zawartość B i C jest równa 0%. Boki trójkąta AB, BC, AC odpowiadają układom dwuskładnikowym A z B, B z C, A z C. Każdy punkt leżący wewnątrz trójkąta przedstawia układ trójskładnikowy. Sieczne wyprowadzone z wierzchołka trójkąta np. A są miejscem geometrycznym punktów, dla których stosunek procentowy pozostałych składników B i C jest stały.

Literatura:

L. Sobczyk, A. Kisza, K. Gatner, A. Koll „Eksperymentalna chemia fizyczna” PWN Warszawa 1982

Praca zbiorowa „Chemia Fizyczna” PWN Warszawa 1963 str. 454 - 456

Substancje chemiczne stosowane w ćwiczeniu:

- toluen 108-88-3

- n-propanol 71-23-8

- 2-propanol 67-63-0

- n-butanol 71-36-3

- octan etylu 141-78-6

- aceton 67-64-1

Oświadczam, że zapoznałem się z kartami charakterystyk w/w substancji i znane mi są właściwości tych substancji, sposoby bezpiecznego postępowania z nimi oraz zasady udzielania pierwszej pomocy w nagłych wypadkach.

Celem wykonania tego ćwiczenia jest wyznaczenie krzywej rozpuszczalności mieszaniny trójskładnikowej w zależności od jej składu, w stałej temperaturze i ciśnieniu.

---