numer ćwiczenia 8	temat ćwiczenia Badanie równowag fazowych w układach zawierających trzy ciecze o ograniczonej wzajemnej mieszalności	data wykonania ćwiczenia 21-10-2008
				data oddania sprawozdania 28-10-2008
Grupa C2	Imię i nazwisko Michał Płotek	Nazwisko sprawdzającego dr Beata Korchowiec
Uwagi:		Ocena

Cel eksperymentu:

Celem przeprowadzonego eksperymentu było zbadanie równowag fazowych w układach zawierających trzy ciecze o ograniczonej wzajemnej mieszalności i sporządzenie dla nich krzywych równowag fazowych w trójkątach Gibbsa. Jako układów badanych użyto wody, toluenu i etanolu (I układ) oraz alkoholu n-butylowego, benzylowego i wody (II układ).

Plan pracy:

1. Układ woda - toluen - alkohol etylowy:

1. Do 7 probówek z doszlifowanym korkiem odmierzono odpowiednie objętości wody V_A, a następnie toluenu toluenu V_B.

2. Do tak przygotowanych mieszanin dodawano następnie alkohol etylowy (V_C) dozując niewielkie porcje z biurety i wstrząsając energicznie próbówką po dodaniu każdej porcji. Postępowano tak aż do momentu zaniku zmętnienia w probówce, które świadczyło o całkowitym wymieszaniu się obu faz.

Umieszczone w probówkach ilości wody i toluenu, a także zużyte ilości etanolu przedstawia tabela nr 1:

Nr probówki	Woda - VA [cm^3]	Toluen - VB [cm^3]	Etanol - VC [cm^3]
1	0,5	5,5	5,3
2	1	5	6,85
3	2	4	9,45
4	3	3	10,7
5	4	2	10,3
6	5	1	9,95
7	5,5	0,5	8,55

2. Układ n-butanol - alkohol benzylowy - woda:

1. Do pięciu probówek z doszlifowanym korkiem wprowadzono ustalone objętości alkoholu n-butylowego V_D, a następnie odpowiadające im ilości alkoholu benzylowego V_E.

2. Do każdego ze sporządzonych roztworów dozowano wodę destylowaną (V_F) przy pomocy biurety, energicznie mieszając po każdej porcji, aż do czasu pojawienia się w probówce zmętnienia, które było jednoznaczne z wykształceniem drugiej fazy w układzie.

Umieszczone w probówkach ilości butanolu i alkoholu benzylowego, a także zużyte ilości wody przedstawia tabela nr 2:

Nr probówki	Alkohol n-butylowy- VD [cm^3]	Alkohol benzylowy - VE [cm^3]	Woda destylowana - VF [cm^3]
1	5	0	1,175
2	4	1	1
3	3	2	0,9
4	2	3	0,85
5	0	5	0,75

Opracowanie wyników eksperymentu:

W poniższych obliczeniach korzystano z gęstości wyznaczonych dla temperatury powietrza 20^oC w oparciu o:

Małe tablice chemiczne, Witold Mizerski, Wydawnictwo adamantan 2005

http://tabelechemiczne.chemicalforum.eu/gestosc_woda.html

d_woda = 0,9982 g/cm³

d_butanol = 0,8057 g/cm³

d_{fenylometanol} = 1,0420 g/cm³

d_toluen = 0,8623 g/cm³

d_etanol = 0,7851 g/cm³

Wyniki obliczeń przedstawiają poniższe tabele:

Układ woda - toluen - alkohol etylowy:

Nr próbki	mA [g]	mB [g]	mC [g]	Σmi [g]	%A	%B	%C
1	0,4991	4,7427	4,1610	9,4028	5,31%	50,44%	44,25%
2	0,9982	4,3115	5,3779	10,6876	9,34%	40,34%	50,32%
3	1,9964	3,4492	7,4192	12,8648	15,52%	26,81%	57,67%
4	2,9946	2,5869	8,4006	13,9821	21,42%	18,50%	60,08%
5	3,9928	1,7246	8,0865	13,8039	28,93%	12,49%	58,58%
6	4,9910	0,8623	7,8117	13,6650	36,52%	6,31%	57,17%
7	5,4901	0,4312	6,7126	12,6339	43,46%	3,41%	53,13%

Układ n-butanol - alkohol benzylowy - woda:

Nr próbki	mD [g]	mE [g]	mF [g]	Σmi [g]	%D	%E	%F
1	4,0285	0,0000	1,1729	5,2014	77,45%	0,00%	22,55%
2	3,2228	1,0420	0,9982	5,2630	61,24%	19,80%	18,97%
3	2,4171	2,0840	0,8984	5,3995	44,77%	38,60%	16,64%
4	1,6114	3,1260	0,8485	5,5859	28,85%	55,96%	15,19%
5	0,0000	5,2100	0,7487	5,9587	0,00%	87,44%	12,56%

Przy dokonywaniu poszczególnych obliczeń korzystano z poniższych wzorów (przykładowe obliczenia na próbce nr 1 układu woda - toluen - alkohol etylowy):

• masy poszczególnych składników wyznaczane przy pomocy gęstości i objętości:

• masa całkowita zawartości probówki (całej mieszaniny):

• zawartość procentowa poszczególnych składników mieszaniny:

Poszczególne zawartości procentowe zaznaczono na wykresach fazowych.

Dyskusja wyników:

Celem eksperymentu było zbadanie równowag fazowych w dwóch układach: woda - toluen - etanol oraz butanol - fenylometanol - woda. Jak można dostrzec analizując wykresy fazowy dla pierwszego układu, woda i toluen tworzą dwie osobne fazy ciekłe, jednak dodawanie do takiego dwufazowego układu kolejnych porcji etanolu, powoduje stopniowe zwiększanie wzajemnej rozpuszczalności tych cieczy, a w końcu zanik granicy faz. Taki wynik jest spowodowany tym, iż alkohol etylowy dobrze miesza się zarówno z wodą (w każdej proporcji - możliwość tworzenia wiązań wodorowych), jak i z toluenem. Poniżej połączonych krzywą punktów, jak opisano przy wykresie, mamy do czynienia z układem dwufazowym, fazy wodnej (wodno - etanolowej) i fazy toluenowej (toluenowo - etanolowej).

W przypadku drugiego wykresu fazowego, dla układu butanol - fenylometanol - woda

początkowo mamy do czynienia z układem jednofazowym, natomiast po dodaniu już niewielkich ilości wody wytwarza się dwufazowy układ, co można obserwować jako trwałe zmętnienie. Powodem pojawienia się drugiej fazy jest mała rozpuszczalność fenylometanolu wodzie. Jest to alkohol zawierający w swej strukturze pierścień benzenowy, rozmiar jego cząsteczki z względu na obecność tego pierścienia jest znaczny (większy od etanolu czy drugiego składnika układu - butanolu), utrudnione jest więc tworzenie wiązań wodorowych, jako, że utrudnione jest wpasowywanie się cząsteczek wody pomiędzy cząsteczki alkoholu benzylowego, a co za tym idzie rozpuszczalność jest mała. Również w przypadku butanolu rozpuszczalność nie jest tak duża jak choćby w przypadku etanolu, ale jest dość dobra - cząsteczki są mniejsze i cząsteczki wody łatwiej się pomiędzy nie wpasowują. Różna rozpuszczalność obu związków w wodzie jest widoczna na wykresie fazowym, krzywa fazowa przyjmuje esowaty kształt. Dodawanie kolejnych porcji wody powoduje, że w pewnym momencie butanol jeszcze jest rozpuszczalny w wodzie, natomiast fenylometanol już rozpuszczalny nie jest i zaczyna wytwarzać osobną fazę.

Analizując wykresy fazowe należy zwrócić uwagę na małą ilość punktów pomiarowych, co może powodować że otrzymane krzywe nie są identyczne z krzywymi rzeczywistymi. Innym powodem może być również dokładność wykonania eksperymentu oraz trudność jednoznacznego określenia w przypadku drugiego układu, dokładnego momentu pojawienia się drugiej fazy.

---