Moje 12, Wykonały : Klimach Justyna

Wykonały: Szczecin 21.11.03 r.

Anita Augustyniak

Grażyna Graczyk

POLITECHNIKA SZCZECIŃSKA

ZAKŁAD CHEMII FIZYCZNEJ

Laboratorium studenckie

Sprawozdanie z wykonania ćwiczenia nr 12:

„Równowaga fazowa ciecz - ciecz w układzie trójskładnikowym”

Wyznaczenie izotermy rozpuszczalności w układzie chloroform - woda - kwas octowy

--> [Author ID0: at Thu Nov 30 00:00:00 1899 ]

-->ODCZYNNIKI: WYPOSAŻENIE: [Author ID1: at Wed Mar 10 18:40:00 1999 ]

• woda destylowana • 10 kolb stożkowych

• biurety • chloroform

• termometr • kwas octowy

Cel ćwiczenia:

W układzie trójskładnikowym chloroform - kwas octowy-woda obserwuje się zakres ograniczonej rozpuszczalności. Celem ćwiczenia jest określenie zakresu stężeń, w którym to zjawisko występuje, czyli wyznaczenie izotermy rozpuszczalności.

Wzajemna rozpuszczalność dwóch częściowo nie mieszających się cieczy ulega znacznym zmianom pod wpływem dodania trzeciego składnika. Jeżeli ten trzeci składnik jest rozpuszczalny tylko w jednej z dwóch cieczy to wzajemna rozpuszczalność maleje. Dodanie zaś składnika dobrze rozpuszczającego się w obu cieczach zwiększa ich wzajemną rozpuszczalność. Zjawiska te są doskonale ilustrowane w układzie CHCl₃-CH₃COOH-H₂O. Gdy dodamy w określonej temperaturze CH₃COOH do mieszaniny z CHCl₃to wzrasta wzajemna rozpuszczalność wody i CHCl₃przy określonej ilości CH₃COOH mieszanina staje się jednorodna. Gdy oddziaływania między cząsteczkowe są małe i mieszane substancje różnią się znacznie pod względem własności głównie ciśnienia wewnętrznego i momentu dipolowego ciecze wykazują ograniczoną mieszalność. Pojawia się heterofazowy, dwuwarstwowy układ złożony z roztworów tych cieczy w sobie, charakteryzujący się w danej temperaturze płaskim max. rozciągniętym na powierzchni obszarem stężeń. Ze wzrostem temperatury wzajemna rozpuszczalność obu cieczy wzrasta i powyżej tzw. krytycznej temperatury mieszalości tworzą one układy homogeniczne w pełnym zakresie stężeń. Ciśnienie nie wywiera istotnego wpływu na mieszalność dwóch cieczy. Natomiast wpływ dodatku trzeciego składnika na mieszalność cieczy - jeśli ilość tego składnika jest niewielka - można układ uznać za dwuskładnikowy, uwzględniając jednak wpływ tego składnika. Jeśli badana substancja rozpuszcza się dobrze w obu cieczach, krytyczna temperatura rozpuszczania zostaje wraz z całą krzywą rozpuszczania obniżona, a jeśli dobrze rozpuszcza się tylko w jednej z substancji - krzywa temperaturowa podwyższa się.

PRAWO PODZIAŁU

Rozważmy układ izotermiczny, złożony z dwóch nie mieszających się ze sobą cieczy A i B. Faza 1 jest nasyconym roztworem B w A, a faza 2 jest nasyconym roztworem A w B. Wprowadźmy do jednej z faz (np. do fazy 1) niewielką ilość substancji C rozpuszczalnej w obu fazach. Załóżmy ponadto, że otrzymane roztwory C w A oraz C w B są rozcieńczone. Rozpocznie się teraz proces przeniesienia substancji C przez powierzchnię międzyfazową z fazy 1 do 2; proces ten będzie trwał do momentu ustalenia się stanu równowagi termodynamicznej.

Zgodnie z II zasadą termodynamiki dla układów wielofazowych, w stanie równowagi potencjały chemiczne danego składnika muszą być jednakowe we wszystkich fazach. W naszym przypadku potencjał chemiczny składnika C w fazie 1 (_ musi wyrównać się z potencjałem chemicznym tego składnika w fazie 2 (₂).

_ _

czyli

_^+ Rtlna₁ = Rtlna₂+_^

_^_,_^  standardowe potencjały chemiczne substancji C odpowiednio w fazie 1 i 2

a₁, a₂ - aktywności w tych fazach

po przekształceniu otrzymujemy:

0x01 graphic

w równaniu tym stan standardowy wybraliśmy w ten sposób, że współczynniki

aktywności γ₁ i γ₂ są równe jedności w roztworze nieskończenie

rozcieńczonym. Dla stężeń skończonych określa się tzw. współczynnik podziału

Nernsta, wyrażony za pomocą stężeń.

Tak zdefiniowany współczynnik podziału zależy oczywiście od stężenia.

Współczynnik podziału Nernsta zmienia się ze stężeniem, dlatego, że roztwory

nie są doskonałe. Przyczyną odstępstw od doskonałości są oczywiście

oddziaływania międzycząsteczkowe (siły dyspersyjne Londona, oddziaływanie

dipol-dipol, jon-dipol, jon-jon, wiązanie wodorowe), w wyniku, których

substancja rozpuszczona tworzy w jednym roztworze związki kompleksowe zaś

w innym asocjaty.

TRÓJKĄT GIBBSA

Trójkąt równoboczny dzięki swym własnościom nadaje się doskonale do

przedstawienia składu układu trójskładnikowego. Zasadnicze cechy diagramu

trójkątnego są następujące:

każdy wierzchołek trójkąta przedstawia jeden czysty składnik,
punkty leżące na bokach trójkąta przedstawiają mieszaniny dwuskładnikowe,
punkty leżące wewnątrz trójkąta przedstawiają mieszaniny trójskładnikowe,
linia równoległa do jednego boku przedstawia mieszaniny zawierające stały ułamek składnika leżącego naprzeciw tego boku,
aby wyznaczyć punkt o współczynnikach X_A, X_B,X_C, na bokach AC i BC wyznaczamy punkty odpowiadające X_C i łączymy je a na bokach AB i AC odkładamy punkty odpowiadające X_A i łączymy je, punkt przecięcia tych dwóch prostych wyznacza poszukiwany skład,
linia przechodząca przez jeden z wierzchołków przedstawia mieszaniny zawierające dwa pozostałe składniki w stałym stosunku,
gdy miesza się różne ilości dwóch mieszanin o składach P i Q otrzymuje się mieszaniny, których składy leżą na linii PQ wewnątrz trójkąta Gibbsa.

W układach 3 cieczy wszystkie składniki mogą być całkowicie mieszalne, bądź

też układ może zawierać jedną, dwie lub trzy pary cieczy częściowo mieszalnych.

Na rys. 1 przedstawiono diagram równowagi ciecz-ciecz w układzie trójskładnikowym z jedną parą cieczy częściowo mieszalnych.

B C

Powierzchnia ponad krzywą binoidalną (DQE) odpowiada układowi jednofazowemu, powierzchnia pod binodą układowi złożonemu z dwóch faz ciekłych. Układ taki ma jeden stopień swobody, a więc danemu składowi jednej fazy odpowiada określony skład drugiej fazy.

Krzywa DQ przedstawia składy fazy bogatej w składnik B, a krzywa EQ - składy fazy bogatej w C. Obie krzywe zbiegają się w punkcie splotu Q. W tym punkcie składy obu faz stają się identyczne. Linia wiążąca DE (cięciwa równowagi) łączy składy faz pozostających ze sobą w równowadze. Linie wiążące z reguły nie są równoległe do żadnego z boków trójkąta ani nie są równoległe do siebie; niekiedy przecinają się w jednym punkcie.

--> [Author ID1: at Wed Mar 10 18:40:00 1999 ]

Nr	Objętość [ml]			% wag. w roztworze			% molowy w roztworze
Nr		H₂O	CH₃COOH	CHCl₃	H₂O	CH₃COOH	CHCl₃	H₂O	CH₃COOH	CHCl₃
1.	0,45	5	30	0,89	10,41	88,69	5,13	17,95	76,92
2.	0,67	7	20	1,77	19,43	78,80	9,09	29,90	61,01
3.	1,45	8	14	4,72	27,34	67,93	20,37	35,39	44,24
4.	3,45	11	10	11,54	38,62	49,84	37,65	37,81	24,54
5.	5,25	14	10	15,06	42,17	42,76	44,09	37,02	18,89
6.	5,75	12,5	6	20,67	47,18	32,15	52,10	35,67	12,23
7.	7,35	13	4	27,26	50,62	22,11	59,54	33,17	7,29
8.	13,35	14	2	43,02	47,37	9,61	73,32	24,21	2,47
9.	16,8	14	1,5	49,80	43,57	6,63	77,97	20,46	1,57
10.	23,8	14	1	59,52	36,75	3,73	83,70	15,51	0,79