Grupa	Zespół	Ćwiczenie	Data	Ocena
24	7 i 8	10	08.03.2000
Imię i nazwisko		Temat ćwiczenia
Joanna Durzyńska Henryk Puzio Kinga Warmus Janusz Budzowski Łukasz Krężel Kamil Pieńkowski		Trójkąt Gibbsa

1. Wstęp teoretyczny

W ćwiczeniu występuje układ trójskładnikowy z ograniczoną rozpuszczalnością, która występuje w układzie podwójnym A-B (chloroform - kw. octowy). W pozostałych układach podwójnych A-C i B-C (chloroform - woda i kw. octowy - woda) występuje pełna mieszalność. Dla przedstawienia na płaszczyźnie diagramu fazowego takiego układu należy, oprócz ciśnienia, uwzględnić także temperaturę. W tym celu wykorzystuje się tzw. trójkąt Gibbsa (→ rysunek). Podstawą zastosowania trójkąta Gibbsa jest zależność w_A + w_B + w_c = 100%, gdzie w_A, w_B, w_c są składami procentowymi składników A, B, i C. Naroża trójkąta odpowiadają czystym składnikom A, B i C. Każdy punkt wewnątrz trójkąta przedstawia układ trójskładnikowy. Skład układu w danym punkcie trójkąta można określić przeprowadzając przez dany punkt proste równoległe do boków i odczytując zawartości składników na odpowiednich bokach trójkąta (np. zawartości składnika A odpowiadają punkty przecięcia się prostej równoległej do boku BC z bokami AC i AB).

Jeżeli do pierwotnego, dwuskładnikowego i dwufazowego układu doda się pewną ilość składnika C, który miesza się zupełnie zarówno z A jak i B, to sumaryczny skład układu przeniesie z punktu c do c₁ (wszystkie punkty leżące na prostej Cc mają tę właściwość, że stosunek zawartości składników A i B pozostaje na niej stały). Spowoduje to zmianę składów poszczególnych faz, ponieważ obecność składnika C w obydwu fazach a₁ i b₁ prowadzi do zwiększenia mieszalności. Dodając dalsze porcje składnika C otrzymuje się kolejne fazy a₂ i b_2, a₃ i b₃ (punkty c₂, c₃ oznaczają kolejne sumaryczne składy) aż do otrzymania układu homogenicznego w punkcie K zwanym punktem rozpuszczalności krytycznej. Linie łączące składy faz będących ze sobą w równowadze tzw. linie koniugacji przecinają się w jednym punkcie leżącym poza trójkątem Gibbsa i noszącym nazwę ogniska. Liczba stopni swobody dla układów, których sumaryczny skład znajduje się poniżej izotermy rozpuszczalności wynosi (T = const., p = const.) n = 3 - 2 + 0 = 1, a dla układów, których sumaryczny skład znajduje się nad krzywą liczba stopni swobody wynosi 2.

2. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia było określenie stężeń, przy których zachodzi zjawisko zwiększenia się mieszalności w układzie dwuskładnikowym po dodaniu do niego trzeciego, rozpuszczalnego składnika, przy określonej temperaturze, w układzie chloroform − kwas octowy - woda oraz wykreślenie izotermy rozpuszczalności dla tego układu na diagramie Gibbsa.

3. Zadane parametry

odczynnik	wzór chemiczny	gęstość [g/cm^3]	masa molowa [g/mol]	Oznaczenie literowe
chloroform	CHCl3	1,48	119,39	A
kwas octowy	CH3COOH	1,045	60,5	B
woda destylowana	H2O	0,998	18	C

4. Sposób wykonania ćwiczenia

W naczyniu termostatowanym wodą zmieszano znaną objętość (15 cm³) chloroformu z początkową objętością kwasu octowego (1 cm³) i wymieszano (1 faza - dwuskładnikowa) Taki układ miareczkowano wodą do zmętnienia, czyli uzyskania heterogenizacji układu. Następnie dodano kolejną porcję kwasu octowego (homogenizacja układu) i znowu miareczkowano układ wodą aż do zmętnienia. Powtórzono to kilkanaście razy. Wyniki pomiarów zawarto w tabeli poniżej.

Drugi zespół wykonał to samo ćwiczenie tylko dla temperatury 31^oC.

5. Wyniki pomiarów dla temperatury 20^oC

Lp.	Objętość [cm^3]			Ułamek molowy [%]
		A	B	C	A	B	C
15	15	16,7	5,05	25%	38%	37%
16	15	17,7	5,65	23%	38%	39%
17	15	18,7	6,05	22%	38%	40%
18	15	19,7	6,7	21%	38%	41%
19	15	20,7	7,35	19%	38%	43%
20	15	21,7	7,9	19%	38%	44%
21	15	23,7	9,1	17%	37%	46%
22	15	25,2	10	16%	37%	47%
23	15	26,7	11,1	15%	37%	49%
24	15	28,2	11,9	14%	37%	49%
25	15	29,7	12,9	13%	36%	50%
26	15	31,2	14,1	12%	36%	52%
27	15	32,7	15,2	12%	36%	53%

Lp.	Objętość [cm^3]			Ułamek molowy [%]
		A	B	C	A	B	C
1	15	1,0	0,85	74%	7%	19%
2	15	6,7	1,20	50%	32%	18%
3	15	7,7	1,50	46%	33%	21%
4	15	8,4	1,65	44%	35%	22%
5	15	8,7	1,75	43%	35%	22%
6	15	9,0	1,85	42%	35%	23%
7	15	9,7	2,05	40%	36%	24%
8	15	10,4	2,35	37%	36%	26%
9	15	11,1	2,55	36%	37%	27%
10	15	12,1	2,75	34%	38%	28%
11	15	13,1	3,10	32%	39%	29%
12	15	13,7	3,40	30%	39%	31%
13	15	14,7	3,95	28%	39%	33%
14	15	15,7	4,45	26%	39%	35%

6. Wyniki pomiarów dla temperatury 31^oC

Lp.	Objętość [cm^3]			Ułamek molowy [%]
		A	B	C	A	B	C
1	12	4,8	1,0	67%	27%	6%
2	12	7,2	2,0	57%	34%	9%
3	12	9,1	3,0	50%	38%	12%
4	12	10,9	4,0	45%	40%	15%
5	12	12,45	5,0	41%	42%	17%
6	12	14,15	6,0	37%	44%	19%
7	12	15,7	7,0	35%	45%	20%
8	12	17,2	8,0	32%	46%	22%
9	12	18,6	9,0	30%	47%	23%
10	12	20,15	10,0	28%	48%	24%
11	12	21,55	11,0	27%	48%	25%
12	12	22,95	12,0	26%	48%	26%
13	12	24,35	13,0	24%	50%	26%
14	12	25,75	14,0	23%	50%	27%
15	12	27,15	15,0	22%	50%	28%
16	12	28,55	16,0	21%	51%	28%

6. Dyskusja wyników, wnioski

Izoterma rozpuszczalności została przedstawiona na trójkątnym wykresie fazowym, czyli trójkącie Gibbsa dołączonym do sprawozdania. Jej kształt zależy od temperatury i budowy chemicznej składników. Na podstawie przeprowadzonych pomiarów możemy jedynie wyznaczyć binodę z prawej strony, ponieważ nie przeprowadziliśmy kolejnych pomiarów, które pozwoliłyby narysować pozostałą część binody.

3

---