Nr ćwiczenia 6A |
Temat: Równowaga fazowa. Układy trójskładnikowe. |
Data: 1999-10-20 |
Nr zespołu: 3 Metalurgia grupa II |
Sylwia Laska Grzegorz Kołkowski |
Ocena: |
Cel ćwiczenia:
Wyznaczanie krzywej rozdziału faz.
Wykonanie ćwiczenia:
Faza - część układu w której wnętrzu własności fizykochemiczne zmieniają się w sposób ciągły, odgraniczona wyraźnie od pozostałych części układu.
Równowaga fazowa - stan w którym nie zachodzi wymiana masy i energii pomiędzy jednolitymi fazami.
Trójkąt stężeń Gibbsa - diagram trójwymiarowy, którego osie stanowią boki trójkąta równobocznego. Wierzchołki ABC odpowiadają czystym składnikom a boki układu dwuskładnikowego - każdy punkt leżący wewnątrz odpowiada układowi trójskładnikowemu.
Binoda - krzywa rozdziału faz. Powierzchnia nad krzywą odpowiada układom jednofazowym, natomiast pod krzywą - układom złożonym z dwu faz ciekłych.
Kanody - linie wiążące DE, D'E', D''E'', łączą składy faz pozostających w równowadze. Kanody przecinają się w jednym punkcie poza trójkątem na linii stanowiącej przedłużenie BC zwanym ogniskiem, jeżeli B i C wykazują praktycznie całkowity brak rozszerzalności, a ciecz A tworzy z nimi roztwory doskonałe.
Oznaczanie ilości faz w układzie
f - ilość faz
n - ilość składników układu
Układ ma być w stanie izotermiczno-izobarycznej równowagi, tzn. w równowadze muszą być wszystkie procesy przechodzenia składnika z jednej fazy do drugiej.
Chcąc opisać stan każdej fazy musimy podać f*(n-1) stężeń, temperaturę i ciśnienie, czyli
2+f*(n-1) parametrów intensywnych. Parametry muszą spełniać n*(f-1) równań.
s - liczba stopni swobody
s=2+f*(n-1)-n*(f-1)
s=n-f+2
to równanie po raz pierwszy wprowadził Gibbs i nosi nazwę reguły faz.
Przygotowany roztwór |
Ilość H2O |
Ilość CHCl3 |
Ilość CH3COOH |
|||
|
Masa [g] |
Objętość [cm3] |
Masa [g] |
Objętość [cm3] |
Masa [g] |
Objętość [cm3] |
10% roztwór CH3COOH w H2O |
22,5 |
22,5 |
|
|
2,5 |
2,38 |
25% roztwór CH3COOH w H2O |
18,75 |
18,75 |
|
|
6,25 |
5,95 |
40% roztwór CH3COOH w H2O |
15 |
15 |
|
|
10 |
9,52 |
60% roztwór CH3COOH w H2O |
10 |
10 |
|
|
15 |
14,28 |
10% roztwór CH3COOH w CHCl3 |
|
|
22,5 |
15 |
2,5
|
2,38 |
25% roztwór CH3COOH w CHCl3 |
|
|
18,75 |
12,5 |
6,25 |
5,95 |
40% roztwór CH3COOH w CHCl3 |
|
|
15 |
10 |
10 |
9,52 |
60% roztwór CH3COOH w CHCl3 |
|
|
10 |
6,66 |
15
|
14,28 |
Roztwory dwuskładnikowe miareczkuje dodając trzeciego składnika w celu uzyskania układu trójskładnikowego. Wyniki z miareczkowania zestawiamy w tabeli:
Przygotowany roztwór |
Ilość H2O |
Ilość CHCl3 |
Ilość CH3COOH |
||||||
|
Masa [g] |
Objętość [cm3] |
%wag. |
Masa [g] |
Objętość [cm3] |
%wag. |
Masa [g] |
Objętość [cm3] |
%wag. |
10% roztwór CH3COOH w H2O |
22,5 |
22,5 |
86,87
|
0,9 |
0,6 |
|
2,5 |
2,38 |
9,66 |
25% roztwór CH3COOH w H2O |
18,75 |
18,75 |
70,75 |
1,5 |
1
|
|
6,25 |
5,95 |
23,59 |
40% roztwór CH3COOH w H2O |
15 |
15 |
54,15 |
2,7 |
1,8 |
|
10 |
9,52 |
36,11 |
60% roztwór CH3COOH w H2O |
10 |
10 |
33,56 |
4,8 |
3,2 |
|
15 |
14,28 |
50,33 |
10% roztwór CH3COOH w CHCl3 |
0,2
|
0,2 |
|
22,5 |
15 |
89,29 |
2,5
|
2,38 |
9,92 |
25% roztwór CH3COOH w CHCl3 |
0,8 |
0,8 |
|
18,75 |
12,5 |
72,67 |
6,25 |
5,95 |
24,23 |
40% roztwór CH3COOH w CHCl3 |
2,8 |
2,8 |
|
15 |
10 |
53,96 |
10 |
9,52 |
35,97 |
60% roztwór CH3COOH w CHCl3 |
6,9 |
6,9 |
|
10 |
6,66 |
31,35 |
15
|
14,28 |
47,02 |
Opracowanie wyników:
Ilość gramów roztworu miareczkującego obliczamy ze wzoru:
m = ρ*V
gdzie ρ to gęstość, a V to objętość roztworu miareczkującego
ρH2O = 1 kg/dm3
ρCHCl3 = 1,5 kg/dm3
ρCH3COOH = 1,05 kg/dm3
% wagowe składników obliczamy ze wzoru :
%wag. = (mr / mH2O + mCH3COOH + mCHCl3 ) * 100%
Obliczenie wykonujemy dla 8 składników trójskładnikowych.
Roztwór 1a:
mCHCl3 = 1,5 * 0,6 = 0,9g
%wag.CHCL3 = (0,9 / 22,5+0,9+2,5)*100% = 3,47 %
%wag.H2O = (22,5/25,9)*100% = 86,87%
%wag.CH3COOH = (2,5/25,9)*100% = 9,66%
Roztwór 2a:
mCHCl3 = 1 * 1,5 =1,5g
%wag.CHCl3 = (1,5/26,5)*100% = 5,66%
%wag.H2O = (18,75/26,5)*100% = 70,75%
%wag.CH3COOH = (6,25/26,5)*100% = 23,58%
Roztwór 3a:
mCHCl3 = 1,8 *1,5 = 2,7g
%wag.CHCl3 = (2,7/27,7)*100% = 9,74%
%wag.H2O = (15/27,7)*100% = 54,15%
%wag.CH3COOH = (10/27,7)*100% = 36,11%
Roztwór 4a:
mCHCl3 = 3,2 * 1,5 = 4,8g
%wag.CHCl3 = (4,8/29,8)*100% = 16,11%
%wag.H2O = (10/29,8)*100% = 33,56%
%wag.CH3COOH = (15/29,8)*100% = 50,33%
Roztwór 1b:
mH2O = 1 * 0,2 = 0,2g
%wag.H2O = (0,2/25,2)*100% = 0,79%
%wag.CHCl3 = (15,2/25,5)*100% = 89,29%
%wag.CH3COOH =(2,5/25,5)*100% = 9,92%
Roztwór 2b:
mH2O = 1 * 0,8 = 0,8g
%wag.H2O = (0,8/25,8)*100% = 3,10%
%wag.CHCl3 = (18,75/25,8)*100% = 72,67%
%wag.CH3COOH =(6,25/25,8)*100% = 24,23%
Roztwór 3b:
mH2O = 1 * 2,8 = 2,8g
%wag.H2O = (2,8/27,8)*100% = 10,07%
%wag.CHCl3 = (15/27,8)*100% = 53,97%
%wag.CH3COOH =(10/27,8)*100% = 35,97%
Roztwór 4b:
mH2O = 1 * 6,9 = 6,9g
%wag.H2O = (6,9/31,9)*100% = 21,63%
%wag.CHCl3 = (10/31,9)*100% = 31,35%
%wag.CH3COOH = (15/31,9)*100% = 47,02%
Wnioski :
Na podstawie przeprowadzonego doświadczenia wyznaczyliśmy krzywą rozdziału faz (binodę) dla układu trójskładnikowego. Binoda ma bardzo zbliżony kształt do krzywej teoretycznej, co świadczy o tym, iż doświadczenie zostało przeprowadzone w sposób prawidłowy.
Obszar pod krzywą odpowiada układowi dwóch faz ciekłych, natomiast nad krzywą układowi jednofazowemu, natomiast punkty leżące na krzywej reprezentują składy faz pozostające ze sobą w równowadze.
Gdyby nie zakończono miareczkowania tylko nadal dodawano roztworu miareczkującego otrzymanoby 2 fazy w których jedna z nich byłaby bogata w składnik miareczkujący
1
2