Agata Latos 2002-02-25

Ćwiczenie nr 25

Wyznaczanie izotermy rozpuszczalności w układzie trzech cieczy. Trójkąt Gibbsa

Skład układów trójskładnikowych przedstawia się dla warunków izotermiczno-izobarycznych za pomocą tzw. diagramów Gibbsa. Mają one kształt trójkątów równobocznych, których boki są osiami diagramu. Wierzchołki trójkąta odpowiadają czystym składnikom A, B, C, boki-układom dwuskładnikowym A-B, B-C, A-C, a powierzchnia - układowi trójskładnikowemu A-B-C. Możliwość przedstawienia mieszaniny trójskładnikowej na płaszczyźnie wynika z faktu spełnienia dla dowolnego składu procentowego w_A, w_B, w_C każdej mieszaniny zależności: w_A + w_B + w_C = 100%

Celem znalezienia zawartości poszczególnych składników układu w danym punkcie powierzchni trójkąta można postępować w dwojaki sposób:

• przeprowadzić z danego punktu prostopadłe do boków. Ponieważ a+b+c=h, stąd zawartości procentowe składników przedstawiają się następująco:

w_A = a/h *100%

w_B = b/h*100%

w_C = c/h *100%

• przeprowadzić przez dany punkt proste równoległe do boków, zawartości składników odczytujemy wówczas na bokach trójkąta. Układy o jednakowej zawartości danego składnika znajdują się na prostej równoległej do boku trójkąta leżącego naprzeciw wierzchołka odpowiadającego danemu składnikowi. Każda prosta wychodząca z danego wierzchołka w kierunku przeciwległego boku wykazuje natomiast tę właściwość, że stosunek zawartości pozostałych dwóch składników na tych prostych jest stały, taki, jak stosunek długości odcinków, na jakie dzieli ta prosta bok.

W układach trzech cieczy wszystkie składniki mogą być całkowicie mieszalne (np. woda, metanol, etanol) lub też układ może zawierać jedną, dwie, trzy pary cieczy częściowo mieszalnych.

Diagram równowagi ciecz-ciecz, układu zawierającego jedną parę częściowo mieszalną B-C (np. kwas octowy A, chloroform B, woda C), przedstawia rysunek:

Powierzchnia ponad krzywą binoidalną DPE odpowiada układowi jednofazowemu, a powierzchnia pod krzywą - układowi dwufazowemu: ciecz-ciecz. Układ taki ma jeden stopień swobody, jest układem sprzężonym (skład jednej fazy określa skład drugiej fazy).

Krzywa DP przedstawia skład fazy bogatszej w składnik B, a krzywa EP - skład fazy bogatszej w składnik C. W punkcie P składy obu faz stają się identyczne. Linie wiążące DE, D`E`, D``E`` itp. łączą składy faz pozostających w równowadze.

Rozpatrzmy punkt Q obrazujący skład układu, leżący wewnątrz układu dwufazowego złożonego z dwu faz ciekłych. Skład tych faz określa linia wiążąca odcinająca na linii wzajemnej rozpuszczalności punkty D i E. Stasunek liczby moli zawartych w obu fazach można wyznaczyć za pomocą reguły dźwigni. Stosunek liczby moli substancji znajdujących się w fazie D do liczby moli substancji w fazie E jest równy stosunkowi odcinków QE i QD.

Miareczkując składnikiem C mieszaniny A i B o różnym składzie, aż do pojawienia się drugiej fazy, można wyznaczyć krzywą binoidalną, nie można jednak wyznaczyć linii wiążących.

Diagram Gibbsa znajduje zastosowanie m.in. w badaniu zmian wzajemnej rozpuszczalności dwóch cieczy po dodaniu do nich trzeciej. Jeżeli dodana ciecz rozpuszcza się tylko w jednej z cieczy stanowiących badany układ, to wzajemna rozpuszczalność tych cieczy zazwyczaj maleje. Natomiast wprowadzenie cieczy rozpuszczającej się w obu cieczach będących składnikami badanego układu powoduje zwiększenie ich wzajemnej rozpuszczalności.

Literatura

Pigoń K., Ruziewicz Z. „Chemia fizyczna”, PWN Warszawa 1980

Grabarkiewicz-Szczęsna J. „Ćwiczenia z chemii fizycznej”, Poznań 1996

Wykaz substancji chemicznych stosowanych w zadaniu oraz numery kart charakterystyk

toluen

n-propanol

2-propanol

n-butanol

octan etylu

aceton

Oświadczenie

Oświadczam, że zapoznałam się z kartami charakterystyk w/w substancji i znane są mi właściwości tych substancji, sposoby bezpiecznego postępowania z nimi oraz zasady udzielania pierwszej pomocy w nagłych wypadkach.

Cel wykonania ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest wyznaczenie izotermy rozpuszczalności w układzie trzech cieczy na podstawie trójkąta stężeń Gibbsa.

Diagram równowagi ciecz-ciecz w układzie

trójskładnikowym z jedną parą cieczy częściowo mieszalnych

---