Nr ćwiczenia 6A	Temat: Równowaga fazowa. Układy trójskładnikowe.	Data: 2000-01-13
Nr zespołu: 11		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 [cm^3]	Masa [g]	Objętość [cm^3]	Masa [g]	Objętość [cm^3]
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 [cm^3]	%wag.	Masa [g]	Objętość [cm^3]	%wag.	Masa [g]	Objętość [cm^3]	%wag.
10% roztwór CH3COOH w H2O	22,5	22,5	87,38	0,75	0,7		2,5	2,38	9,71
25% roztwór CH3COOH w H2O	18,75	18,75	71,56	1,2	0,9		6,25	5,95	23,85
40% roztwór CH3COOH w H2O	15	15	56,28	1,65	1,3		10	9,52	37,52
60% roztwór CH3COOH w H2O	10	10	34,96	3,6	3,9		15	14,28	52,44
10% roztwór CH3COOH w CHCl3	0,3	0,3		22,5	15	88,58	2,5	2,38	9,84
25% roztwór CH3COOH w CHCl3	1,1	1,1		18,75	12,5	73,24	6,25	5,95	24,41
40% roztwór CH3COOH w CHCl3	2,6	2,6		15	10	55,35	10	9,52	36,9
60% roztwór CH3COOH w CHCl3	7,3	7,3		10	6,66	31,15	15	14,28	46,72

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. = (m_r / m_H2O + m_CH3COOH + m_CHCl3 ) * 100%

Obliczenie wykonujemy dla 8 składników trójskładnikowych.

Roztwór 1a:

m_CHCl3 = 1,5 * 0,5 = 1,05g

%wag._CHCL3 = (1,05 / 22,5+1,05+2,5)*100% = 2,91 %

%wag._H2O = (22,5/25,75)*100% = 87,38%

%wag._CH3COOH = (2,5/25,75)*100% = 9,71%

Roztwór 2a:

m_CHCl3 = 0,9 * 1,5 =1,35g

%wag._CHCl3 = (1,35/26,2)*100% = 4,58%

%wag._H2O = (18,75/26,2)*100% = 71,56%

%wag._CH3COOH = (6,25/26,2)*100% = 23,85%

Roztwór 3a:

m_CHCl3 = 1,3 *1,5 = 1,95g

%wag._CHCl3 = (1,95/26,65)*100% = 7,31%

%wag._H2O = (15/26,65)*100% = 56,28%

%wag._CH3COOH = (10/26,65)*100% = 37,52%

Roztwór 4a:

m_CHCl3 = 3,9 * 1,5 = 5,85g

%wag._CHCl3 = (5,85/28,6)*100% = 20,45%

%wag._H2O = (10/28,6)*100% = 34,96%

%wag._CH3COOH = (15/28,6)*100% = 52,44%

Roztwór 1b:

m_H2O = 1 * 0,3 = 0,3g

%wag._H2O = (0,3/25,4)*100% =1,18%

%wag._CHCl3 = (15,2/25,4)*100% = 88,58%

%wag._CH3COOH =(2,5/25,4)*100% = 9,84%

Roztwór 2b:

m_H2O = 1 * 1,1 = 1,1g

%wag._H2O = (1,1/25,6)*100% = 4,29%

%wag._CHCl3 = (18,75/25,6)*100% = 73,24%

%wag._CH3COOH =(6,25/25,6)*100% = 24,41%

Roztwór 3b:

m_H2O = 1 * 2,6 = 2,6g

%wag._H2O = (2,6/27,1)*100% = 9,59%

%wag._CHCl3 = (15/27,1)*100% = 55,35%

%wag._CH3COOH =(10/27,1)*100% = 36,9%

Roztwór 4b:

m_H2O = 1 * 7,3 = 7,3g

%wag._H2O = (7,1/32,1)*100% = 22,73%

%wag._CHCl3 = (10/32,1)*100% = 31,15%

%wag._CH3COOH = (15/32,1)*100% = 46,72%

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

1

---