Cel ćwiczenia: Celem ćwiczenia jest wyznaczenie izotermy mieszania dla układu trzech cieczy (sporządzenie wykresu fazowego rozgraniczającego układ zawierający dwie fazy ciekłe od jednej fazy ciekłej)

Wstęp teoretyczny:

Analizujemy mieszalność dwóch cieczy o ograniczonej wzajemnej rozpuszczalności, dodając do tej dwufazowej mieszaniny rozpuszczalnik, w którym rozpuszczają się dobrze dwa pozostałe składniki.

Dla tej jednofazowej mieszaniny liczba stopni swobody wynosi:

z = 3 - 2 + 2 = 3,

czyli zmieniać możemy temperaturę i stężenie dwóch składników (ciśnienie stałe). W stałej temperaturze zmieniać można w określonym zakresie stężenia wszystkich składników.

Zależność pomiędzy poszczególnymi stężeniami można przedstawić graficznie za pomocą trójkąta stężeń Gibbsa - Roosebooma. Jest to trójkąt równoboczny, punkty w jego wnętrzu odzwierciedlają stężenia poszczególnych składników, a krzywa która je łączy nosi nazwę izotermy mieszania.

Układ - jest to ciało lub zespół ciał poddawanych obserwacji.

Faza - część układu jednolita fizycznie i oddzielona od innych części wyraźną powierzchnią rozdziału.

Składnik - jest to każde indywiduum chemiczne tzn. zbiór wszystkich substancji, niezależnie od stanu skupienia, których cząsteczki składają się z tych samych rodzajów atomów połączonych ze sobą w takich samych stosunkach.

Liczba stopni swobody - liczba parametrów układu, które można dowolnie dobrać nie naruszając w nim równowagi fazowej.

Reguła faz Gibbsa - pozwala obliczyć liczbę stopni swobody w układzie.

z = α + β - 2, gdzie:

z - liczba stopni swobody

α - liczba składników niezależnych

β - liczba faz

Izoterma mieszania dla trzech cieczy z których dwie nie mieszają się ze sobą a trzecia rozpuszcza się w każdej z nich bez ograniczeń:

Pole pod krzywą, zwaną izotermą mieszania, odpowiada układom dwufazowym. W tym samym trójkącie można również podać izotermy mieszania dla innych temperatur, lecz przy jednakowym ciśnieniu. Jeśli ciecze mają górną krytyczną temperaturę mieszalności, to wzajemne położenie izoterm dla coraz wyższych temperatur wygląda jak na rysunku - tak więc obszar istnienia układów dwufazowych maleje ze wzrostem temperatury.

Doświadczalne wyznaczanie izotermy mieszania

Do kolbki w temperaturze T = const zawierającej znane ilości cieczy A i B o ograniczonej wzajemnej rozpuszczalności dodaje się kroplami z biurety ciecz C dobrze rozpuszczalną w każdej z nich. Dodaje się ją do momentu, gdy układ dwufazowy przemieni się w jednofazowy (nastąpi zanik zmętnienia). Skład otrzymanego układu jednofazowego odpowiadający tej przemianie podaje współrzędne punktu położonego na izotermie mieszania. Powtarzając pomiary dla układów cieczy A i B zmieszanych w innych proporcjach, otrzymuje się współrzędne następnych punktów, które połączone ze sobą tworzą izotermę mieszania. Rysunek obrazuje zmiany składu zachodzące w omawianym układzie trójskładnikowym podczas miareczkowania.

Niech ułamek cieczy A w wyjściowej mieszaninie będzie równy x_A. Mieszanina ta składa się z dwóch roztworów sprzężonych (dwuskładnikowych) o składach określanych współrzędnymi punktów K i L. W wyniku dodawania kolejnych porcji cieczy C ułamek ten zmienia się, przyjmując wartości x_A', x_A'', x_A''' itd. Ponieważ ilości cieczy A i B są stałe, stosunek x_A: x_B nie ulega zmianie, a przebieg zmian składu obrazuje prosta OC. Przy odpowiedniej zawartości składnika C (punkt O^IV leżący na izotermie mieszania) układ staje się jednofazowy. Przed osiągnięciem tego stanu układ ulega zmętnieniu. Jego zniknięcie podczas dodawania cieczy C określa koniec miareczkowania.

---