Ćwiczenie 25

Wyznaczanie izotermy rozpuszczalności w układzie trzech cieczy.

1. Wykresy fazowe charakteryzujące równowagę w układach trójskładnikowych zobrazowuje się za pomocą tzw. trójkąta stężeń Gibbsa - Rosebooma. Jest to trójkąt równoboczny, którego wierzchołki reprezentują czyste składniki A,B,C, natomiast boki trójkąta - stężenia roztworów dwuskładnikowych.

C

20 80

40 60 Punkt P odpowiada następującemu składowi % :

60 P 40 A - 20%

80 20 B - 40%

C - 40%

A 20 40 60 80 B

Każdy punkt wewnątrz trójkąta przedstawia układ trójfazowy. Skład procentowy składnika A,B,C wyraża się wzorem :

,
,
- skład procentowy danych substancji

Przeprowadzając z danego punktu (P) prostopadłe do boków. Wtedy:

A + B + C = h

Zawartości % składników wynoszą odpowiednio:

,
,

Z tego możemy otrzymać wzór, który ilustruje nam tzw. regułę dźwigni:

gdzie:
- stosunek masy fazy A do fazy B

Własności układów trzech cieczy, wykazujących ograniczoną mieszalność wzajemną, zależną zarówno od własności czystych cieczy, jak: od własności tworzonych przez nie układów dwuskładnikowych. Wyróżniamy trzy zasadnicze typy układów trzech cieczy:

I.

W I przypadku jedynie dwie ciecze wykazują ograniczoną mieszalność. Krzywa ciągła, zwana krzywą binoidalną, ogranicza pole stężeń, w którym układ trój składnikowy rozwarstwia się na 2 fazy ciekłe. W punkcie K - punkcie rozpuszczalności krytycznej - układ dwufazowy staje się jednofazowym (homogenicznym).

II.

II typ dotyczy stanu, gdy układy dwuskładnikowe wykazują ograniczoną rozpuszczalność wzajemną. Krzywa taka nie posiada punktu krytycznego K i może być tym samym układem co przypadek I, tylko przy zmienionej temperaturze.

III.

W tym przypadku występują trzy fazy dwuskładnikowe o ograniczonej rozpuszczalności wzajemnej. W układzie takim mogą w niższych temperaturach występować trzy fazy ciekłe.

Analizując krzywą binoidalną, łatwo można dojść do wniosku, iż dwie ciecze praktycznie nie mieszające się wzajemnie (widoczne dwie fazy), po dodaniu pewnych ilości trzeciego składnika zwiększa ich mieszalność, aż do krytycznego punktu K - czyli przejścia w układ jednoskładnikowy i trójskładnikowy.

W ćwiczeniu wykorzystywany jest termostat, który zapewnia układowi stałą temperaturę. Termostat jest to zbiornik napełniony cieczą termostatującą (woda, gliceryna, olej silikonowy) i zaopatrzony w czujnik temperatury (np. termometr kontaktowy), grzałkę, mieszadło, chłodnicę oporową oraz pompę obiegu cieczy termostatującej. Najprostszym czujnikiem temperatury w termostatach może być tzw. termometr kontaktowy. Rtęć podnosząca się w kapilarze pod wpływem temperatury, zawiera obwód elektryczny i powoduje włączenie ogrzewania lub jego wyłączenia.

2. Literatura:

• „Chemia fizyczna”, Praca zbiorowa, W - wa 1963, PWN s. 454

• „Eksperymentalna chemia fizyczna”, L. Sobczyk, W - wa 1982, s. 25, 252, 261

• „Chemia fizyczna dla techników chemicznych”, W. Karpiński, W - wa 1998, s. 112

3. Podczas wykonywania zadania będę miał do czynienia :

4. Oświadczam, że zapoznałam się z kartą charakterystyki w/w substancji i znane mi są właściwości tej substancji, sposoby bezpiecznego postępowania z nią oraz zasady udzielania pierwszej pomocy w nagłych wypadkach.

..............................................

5. Celem tego ćwiczenia jest pokazanie zasady działania termostatu i zwrócenie uwagi na fakt rozpuszczalności wzajemnej cieczy.

---