chemia fizyczna laboratoria, iwona-chem. fiz. ćw. 33, Iwona Frątczak 99


Iwona Frątczak 99.10.25

wydział chemiczny

kierunek chemia

semestr III

Laboratorium z chemi fizycznej

Ćwiczenie Nr 33

Temat:

„Zastosowanie reguły faz Gibbsa do układu trójskładnikowego”

Data wykonania ćwiczenia:

99.10.25

Ocena:

Podpis:

Data oddania sprawozdania:

Ocena:

Podpis:

I.Wstęp:

Reguła faz Gibbsa znajduje zastosowanie min. w układzie trójskładnikowym ( woda, ciecz organiczna, rozpuszczalnik organiczny ). Pozwala ona obliczyć liczbę stopni swobody (z) , tzn. liczbę parametrów układu, które można dowolnie dobrać nie naruszając tym stanu równowagi fazowej .

(Wszystkie parametry układu , uwzględniając wielkości p,T , wynoszą α∗β+2 ,gdzie α -liczba składników , β - liczba faz ).

Liczba stopni swobody ( reguła faz Gibbsa ) wynosi więc z=α∗β+2-α(β-1) -β=αβ+2

Gdzie α(β-1) liczba ułamków dla α składników , ściśle określonych zależnościami:

μi(1)= μi(2) = μi(3)=......= μi(β) (potencjał chemiczny dowolnego składnika „i” jest taki sam we wszystkich fazach ).

Dla układu trójskładnikowego, gdzie dwie ciecze nie mieszają się , natomiast trzecia rozpuszcza się dobrze w każdej z nich , liczba stopni swobody wynosi : z=3 - 2 + 2=3 (powstaną dwa trójskładnikowe roztwory sprzężone ) , a więc , gdy p,T=const mamy f(xA',xB', xA”, xB”)=0.

Graficznym przedstawieniem tej zależności jest trójkąt równoboczny , zwany trójkątem Gibbsa-Roosebooma.

Trójkąt taki powstaje w następujący sposób :

w wierzchołki trójkąta wpisujemy np. % wagowe czystego składnika , następnie na każdym boku odkładamy skład odpowiednich układów dwuskładnikowych , a punkt wewnętrzny odpowiada układowi trójskładnikowemu.

Linia równoległa do boku odpowiada układowi , w którym zawartość danego składnika jest stała .Skład układu trójskładnikowego znajduję prowadząc przez odpowiedni punkt proste równoległe do boków AB i BC , przy czym ułamki Xa,Xb,Xc można odczytać na boku AB . Punkt w trójkącie odpowiadający danemu układowi znajduję odmierzając ułamki na podstawie trójkąta i prowadząc proste równoległe do pozostałych dwóch boków . Dowolna prosta przechodząca przez wierzchołek reprezentuje układy , w których stosunek ułamków dwóch odpowiednich składników jest stały.

0x01 graphic

Xa

Rys. : Trójkąt Gibbsa-Roosebooma ( jeden z etapów nanoszenia punktów na izotermę mieszania).

II.Wyniki :

 

woda

ciecz organiczna

rozp. organiczny

Pomiar

 

 

cm3

g

%

cm3

g

%

cm3

g

%

 

1

1

4,73014522

9

7,803

31,3737061

15,5

12,338

58,3605

1

 

2

2

8,02066122

8

6,936

22,4058065

20,1

15,9996

64,1637

2

 

3

3

11,2862571

7

6,069

17,406015

22

17,512

65,8816

3

 

4

4

14,5401672

6

5,202

13,6714248

23

18,308

66,5503

4

 

5

5

18,4598572

5

4,335

10,6916506

22,3

17,7508

65,5354

5

 

6

6

22,2386953

4

3,468

8,02430516

22

17,512

64,9073

6

 

7

7

27,7749121

3

2,601

5,6571134

19,6

15,6016

61,9047

7

 

8

8

33,2474441

2

1,734

3,51656773

18

14,328

59,5462

8

 

9

9

40,8241026

1

0,867

1,60943302

15,3

12,1788

55,2432

9

Ciecz organiczna : toluen

Rozpuszczalnik organiczny : aceton

temperatura przeprowadzenia pomiarów : ok. 20°.

III. Obliczenia :

( Przykład obliczeń dla pierwszego pomiaru ) :

m w w ∗ ν w =1g ; m t t ∗ ν t = 0,867 g/cm3 ∗ 9 cm3 = 7,803g ; m a = δ a ∗ ν a = 0,796 g/cm3 ∗ 15,5 cm3 =12,338g .

% wody = 1g∗ 100% / (1g+7,803g +12,338g )

%toluenu = 7,803g∗100% / (1g+7,803g +12,338g )

%acetonu = 12,338∗100% / (1g+7,803g +12,338g ) .

IV. Opis wykonania ćwiczenia :

W celu wykreślenia izotermy mieszania muszę najpierw wyznaczyć doświadczalnie punkt przejścia układu dwufazowego w jednofazowy .

Odmierzam więc z pipety do kolbki 1ml wody a z biurety 9 ml toluenu. Mieszając zawartość kolbki wkraplam aceton aż do momentu lekkiego zmętnienia ( faza zanikająca ulega dyspersji w fazie drugiej ) i nagłej klarowności cieczy ( moment przejścia dwóch faz w jedną ). Odczytuję objętość acetonu , która zeszła i zapisuję ją w tabeli . Postępując w ten sam sposób dokonuję następnych ośmiu miareczkowań różniących się stosunkiem objętości mieszaniny wody i toluenu ( zwiększam o jeden ml ilość wody zmniejszając o jeden ml objętość toluenu ).

Otrzymane wartości przeliczam na % wagowe i nanoszę je na trójkąt Gibbsa- Roosebooma .

Łącząc otrzymane punkty wykreślam izotermę mieszania .

V. Wnioski :

Z wykresu wynika, że aceton ma większe powinowactwo do toluenu niż do wody, należałoby to tłumaczyć budową związków , a co za tym idzie , ich własnościami fizyko-chemicznymi (np. moment dipolowy, hydrofilowość).

Obecność acetonu w wodzie zmniejsza prawdopodobieństwo utworzenia wiązania wodorowego między cząsteczkami wody ( sam aceton nie tworzy wiązań wodorowych ).



Wyszukiwarka