Aneta Kosińska, Aleksandra Lemiesz

Sprawozdanie

Ćwiczenie 4: Wyznaczanie diagramu fazowego ciecz - para w układzie dwóch cieczy o nieograniczonej rozpuszczalności

Celem ćwiczenia było wyznaczenie diagramu fazowego ciecz - para dla układu dwuskładnikowego złożonego z etanolu i toluenu. Przy pomocy pipety sporządziłyśmy po 5 cm³ roztworów zawierających kolejno 0,5; 1; 1,5; 2; 2,5; 3; 3,5; 4; 4,5 cm³ etanolu w toluenie. Następnie wyznaczyłyśmy współczynnik załamania światła dla każdej z cieczy przy użyciu refraktometru Abbego. Każdy z roztworów poddawałyśmy kolejno destylacji, a po ustaleniu się temperatury wrzenia notowałyśmy jej wartość oraz pobierałyśmy próbki kondensatu i destylatu, a następnie zmierzyłyśmy ich współczynniki załamania światła. Na podstawie otrzymanych danych sporządziłyśmy diagram fazowy ciecz - para; temperatura wrzenia w funkcji składu cieczy i pary.

W celu wyznaczenia krzywej wzorcowej n_D²⁰ = f(x) obliczamy ułamki molowe substancji bardziej lotnej, czyli etanolu w układzie etanol - toluen.

Ułamek molowy etanolu wyznaczam korzystając ze wzorów:

m = V ^. d

Obliczamy masę etanolu: Obliczamy liczbę moli etanolu:

n₂ = 0,0171 mola

n₃ = 0,0257 mola

n₄ = 0,0343 mola

n₅ = 0,0428 mola

n₆ = 0,0514 mola

n₇ = 0,0600 mola

n₈ = 0,0685 mola

n₉ = 0,0771 mola

Obliczamy masę toluenu: Obliczamy liczbę moli toluenu:

n₂ = 0,0379 mola

n₃ = 0,0332 mola

n₄ = 0,0284 mola

n₅ = 0,0237 mola

n₆ = 0,0189 mola

n₇ = 0,0142 mola

n₈ = 0,0095 mola

n₉ = 0,0047 mola

Obliczamy ułamek molowy etanolu:

5470

Otrzymane ułamki molowe etanolu zamieszczamy w tabeli:

Etanol [cm^3]	0	0,5	1,0	1,5	2,0	2,5	3,0	3,5	4,0	4,5	Czysty składnik(5)
Toluen [cm^3]	Czysty składnik(5)	4,5	4,0	3,5	3,0	2,5	2,0	1,5	1,0	0,5	0
nD^20	1,4985	1,4880	1,4758	1,4592	1,4459	1,4319	1,4305	1,4034	1,3889	1,3760	1,3634
Xetanol	0	0,1673	0,311	0,4363	0,5470	0,6436	0,7311	0,8086	0,8782	0,9425	1

W celu dokładnych wyników przy odczytywaniu składu roztworu i kondensatu z krzywej wzorcowej, wyliczamy Y^xx i X^xx z równania:

x_i - ułamek molowy Y^xx dla kondensatu lub X^xx dla roztworu

y_i - odczytana z refraktometru wartość współczynnika załamania światła

Wyniki umieszczamy w tabeli:

nD^20 kondensatu	1,4294	1,4166	1,4119	1,4030	1,3958	0,8152
Y^xx	0,6133	0,7073	0,7417	0,8070	0,8597	5,1196
nD^20 roztworu	1,4958	1,4770	1,4378	1,4040	1,3889	0,8152
X^xx	0,1262	0,2641	0,5517	0,7997	0,9105	5,1196
Tw(^0C)	86,4	78,3	77,5	77,2	77,3	349,75

Wykres zależności temperatury wrzenia cieczy od ilości składnika lotniejszego w kondensacie i roztworze:

Wykreślamy wykres Y^xx = f(X^xx) dla acetonu oraz prostą y = x z której odczytamy skład azeotropu:

Badany układ tworzy azeotrop. Z wykresów wynika, że ułamek molowy etanolu w roztworze wynosi 0,73. Temperatura wrzenia mieszaniny (odczytana z wykresu)wynosi 77 ^oC

Jest to mieszanina wykazująca maksimum wrzenia, czyli gdybyśmy chcieli ją rozdzielić poprzez destylacje to najpierw otrzymalibyśmy produkt łatwiej wrzący (posiadający niższa temperaturę wrzenia, czyli bardziej lotny), a dopiero potem mieszaninę azeotropową, która będzie wrzała tak długo, aż jej stechiometryczny skład nie ulegnie zmianie (tzn. skończy się jeden ze składników).

Mieszania związków wykazujących zjawisko azeotropii nie może być nigdy rozdzielona na czyste składniki drogą destylacji. Rozdziału tego można dokonać pośrednio, np. przez destylację z substancją trzecią, która zmienia stosunki prężności par, a stąd i udział składników azeotropu.

5

n - liczba moli etanolu

n_c - liczba moli wszystkich składników tworzących roztwór

m - masa etanolu

M - masa molowa etanolu - 46,07 g/mol

d - gęstość etanolu- 0,7893 g/cm³

V - objętość etanolu

roztwór

kondensat