ĆWICZENIE NUMER 25

WYZNACZANIE IZOTERMY ROZPUSZCZALNOŚCI W UKŁADZIE TRZECH CIECZY

TRÓJKĄT GIBBSA

6. Opis wykonania ćwiczenia:

• Włączam do sieci elektrycznej termostat, uruchamiam go

• Na postawie podanych przez prowadzącego danych liczbowych obliczam skład w procentach objętościowych w punktach D i E oraz odnoszę wyniki do objętości 20 cm³.

Składnik A to woda destylowana, składnik B aceton, a składnik C to butanol.

d_A = 0,9982 g/cm³

d_B = 0,7920 g/cm³

d_C = 0,8098 g/cm³

Obliczeń dokonuję z wykorzystując proste proporcje.

Wiadomo, że w 100g roztworu znajduje się 7,3 g butanolu i 92,7g wody utlenionej. Składniki A i C zajmują objętość równą 20 cm³ w punktach E i D.

,
,
a V_B'=

V_A'=92,87 cm³

V_C'=9 cm³

V_A'+V_C'=101,87 cm³

101,87 - 100%

92.87 - x

x=91,17%

Obliczam ile znajduję się w 20 cm³ .

20 cm³ - 100%

x - 91.17%

x= 18.23 cm³= V_A w punkcie E, więc V_C=1,77 cm³

W analogiczny sposób obliczam objętość składnika A i C w punkcie D.

,

a V_B'=

V_A'=98,17 cm³

V_C'=20,54 cm³

V_A'+V_C'=118,71 cm³

118,71 - 100%

98,17 - x

x=82,70%

118,71 - 100%

20,54 - x

x=17,30%

Obliczam ile znajduje się cm³ w 20 cm³.

20 cm³ - 100%

x - 82,7%

x=16,54 cm³=V_C, więc V_A=20-16,54=3,46 cm³- jest to skład mieszaniny w punkcie D

Podsumowując: w punkcie E znajduj się 18,23 cm³ wody utlenionej i 1,77 cm³ butanolu, a punkcie D 16,54 cm³ butanolu i 3,46 cm³ wody utlenionej.

• Obliczone wcześniej składy objętościowe w punktach D i E służą jako granice sporządzania roztworów( poza nimi ciecze A i C są całkowicie mieszalne). Uwzględniając to sporządzam mieszaniny cieczy A i C o sumarycznej objętości 20 cm³ zgodnie z tabelą numer 1.

Tabel numer 1

Ciecz	Objętości składników[cm^3]
		1	2	3	4	5	6	7	8
A	17	16	15	14	12	10	8	5
B	2,95	3,25	3,4	3,6	3,65	3,55	3,4	2,05
C	3	4	5	6	8	10	12	15

• Każdą z mieszanin sporządzam w naczyniu termostatowanym, wkładam mieszadełko, przykrywam korkiem ze szlifem i termostatuje około 10 minut. Po termostatowaniu miareczkuję mieszaninę substancją B ( aceton jest tutaj titrantem) do zaniku zmętnienia. Wyniki miareczkowania umieszczone są w tabeli numer 1. Po każdym miareczkowaniu myję i suszę naczyńko termostatujące. Wykonuję w ten sposób 8 miareczkowań.

7. Obliczenia:

Na podstawie wyników miareczkowania, obliczam zawartość ( w procentach wagowych) składników A, B, C. Podczas obliczeń korzystam ze wzoru na gęstość(
, m = d*V). Wyniki umieszczam w tabeli numer 2.

Tabela numer 2

Nr pomiaru	Objętość [cm^3]			Masa [g]			Zawartość [%wag]
		A	B	C	A	B	C	A	B	C
1	17	2,95	3	16,9694	2,3364	2,4294	78,07	10,75	11,18
2	16	3,25	4	15,9712	2,5740	3,2392	73,31	11,82	14,87
3	15	3,4	5	14,9730	2,6928	4,0490	68,95	12,40	18,65
4	14	3,6	6	13,9748	2,8512	4,8588	64,45	13,15	22,41
5	12	3,65	8	11,9784	2,8908	6,4784	56,11	13,54	30,35
6	10	3,55	10	9,9820	2,8116	8,0980	47,78	13,46	38,76
7	8	3,4	12	7,9856	2,6928	9,7176	39,15	13,20	47,64
8	5	2,05	15	4,9910	1,6236	12,1470	26,60	8,65	64,74

8. Omówienie wyników, wykresy

Jak wynika z miareczkowania acetonem mieszaniny substancji A i substancji C objętość dodawanego titranta ulega zmianie ze zmianą składu mieszaniny. W pierwszych pomiarach, kiedy w skład mieszaniny wchodzi duża ilość wody utlenionej ( substancji A) w stosunku do butanolu wraz ze zmniejszeniem udziału wody w mieszaninie objętość dodawanego acetonu( titranta) wzrasta. Wynika z tego że wzajemna rozpuszczalność cieczy A i B maleje. Dzieje się tak do pewnego momentu, w którym punk końcowy miareczkowania jest zauważany szybciej, czyli objętość dodawanego titranta jest mniejsza. Można to zaobserwować w okolicy składu mieszaniny A i C w stosunku1:1. Mniej więcej od tego momentu wzajemna rozpuszczalność cieczy A i C zaczyna wzrastać. Po przeliczeniu zużytych objętości składników na procenty wagowe można wykreślić krzywą binodalną w trójkącie stężeń Gibbsa, która obrazuje rozpuszczalność w układzie trójskładnikowym z ograniczoną mieszalnością w układzie podwójnym A i C. Punkty doświadczalne wyznaczają miejsca przecięcia się trzech prostych równoległych do boków, przechodzących przez dany skład procentów wagowych. Za pomocą otrzymanych w ten sposób punktów doświadczalnych rysuje się krzywą binodalną. Izoterma wzajemnej rozpuszczalności wody, acetonu i butanolu przedstawiona jest na wykresie numer 1.

9. Wnioski:

Wyznaczanie izotermy rozpuszczalności trzech cieczy z ograniczoną rozpuszczalnością układzie podwójnym jest stosunkowo proste do wykonania i nie wymaga wiele pracy. Błąd popełniony podczas nie powinien być duży, ponieważ punkt końcowy miareczkowania był łatwy do uchwycenia. Po dodaniu jednej kropli acetonu zmętnienie natychmiast zanikało. Wyznaczona w ćwiczeniu numer 25 krzywa binodalna jest krzywą równowagi ograniczonej mieszalności substancji A i C i rozpuszczalnością układu trójskładnikowego. Liczba stopni swobody dla układów, których skład sumaryczny znajduje się poniżej izotermy rozpuszczalności, wynosi zgodnie z regułą faz Gibbsa 3+0-2=1. natomiast liczba stopni swobody dla układów, których skład sumaryczny znajduje się powyżej izotermy rozpuszczalności wynosi 0. Izoterma rozpuszczalności byłaby z pewnością obniżona, gdyby pomiary były dokonywane w niższej temperaturze, ponieważ wraz ze wzrostem temperatury wzajemna rozpuszczalność cieczy wzrasta.

Podczas wyznaczania krzywej binodalnej w trójkącie Gibbsa musimy ograniczyć się do pomiarów w ustalonym ciśnieniu i temperaturze. Gdybyśmy dodali jeden z tych parametrów wówczas potrzebny byłby jeszcze jeden wymiar, co zmusiłoby nas do rysowania w trójwymiarze. Stanowi to pewne ograniczenie.

4

---