Równowagi fazowe w układach trójskładnikowych typu ciecz -ciecz.

1). Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia jest wyznaczenie krzywej binodalnej (izotermy) rozpuszczalności układu trójskładnikowego: woda -toluen -metanol i woda -toluen -aceton.

2).Wykonanie ćwiczenia:

Sporządzamy osiem roztworów toluen -alkohol o różnym stężeniu dla metanolu i acetonu:

⇒odmierzamy kolejno 9;8;6;4;2;0,5;0,2cm³ toluenu a następnie dodajemy 1;2;4;6;8;9;9,5;9,8cm³ metanolu.

⇒odmierzamy kolejno 9;8;6;4;2;0,5;0,2cm³ toluenu a następnie dodajemy 1;2;4;6;8;9;9,5;9,8cm³ acetonu.

Następnie miareczkujemy otrzymane roztwory wodą destylowaną do pierwszego trwałego zmętnienia roztworu.

3). Opracowanie wyników:

Seria dla układu toluen -woda -aceton
Nr próbki	TOLUEN		ACETON		WODA
		ml	%	ml	%	ml	%
1 2 3 4 5 6 7 8	9 8 6 4 2 1 0,5 0,2	89,6 79,5 59,2 38,5 17,3 7,27 3,10 0,85	1 2 4 6 8 9 9,5 9,8	9,90 19,9 39,4 57,7 69,3 65,5 58,1 41,5	0,04 0,06 0,14 0,40 1,54 3,75 6,35 13,61	0,5 0,6 1,4 3,8 13,4 27,23 38,8 57,65

Seria dla układu toluen -woda -metanol
Nr próbki	TOLUEN		METANOL		WODA
		ml	%	ml	%	ml
1 2 3 4 5 6 7 8	9 8 6 4 2 1 0,5 0,2	89,6 78,7 57,9 37,5 17,5 7,97 3,50 0,85	1 2 4 6 8 9 9,5 9,8	9,90 19,6 36,6 56,3 69,8 71,7 66,4 47,8	0,06 0,17 0,37 0,66 1,46 2,55 4,31 10,52	0,5 1,7 5,5 6,2 12,7 20,51 30,1 51,35

Procent objętościowy toluenu w roztworze obliczałem ze wzoru:

%=
·100%;

Procent objętościowy metanolu (acetonu) obliczam ze wzoru:

%=
·100%;

4). Wnioski:

Z ekstrapolacji binody do podstawy trójkąta (sytuacja w której udział trzeciego składnika: metanolu lub acetonu; w roztworze jest zerowy) wynika, że wzajemna rozpuszczalność wody w toluenie i toluenu w wodzie jest rzędu 0,5% objętości. Oznacza to, że jeżeli do wody dodamy toluenu w ilości nie przekraczającej 0,5% objętości całego roztworu, czyli:
·100%<0,5%; to otrzymamy układ jednofazowy o dwóch stopniach swobody. Przekroczenie tej objętości spowoduje powstania dwóch faz ciekłych i układ będzie miał jeden stopień swobody (skład jednej fazy będzie decydował o składzie drugiej fazy). Jedną z faz będzie stanowił nasycony roztwór toluenu w wodzie, a drugą nasycony roztwór wody w toluenie, powstają roztwory sprzężone.

Wzajemną mieszalność wody i toluenu zwiększamy dodając trzeciego składnika, który miesza się zarówno z wodą jak i z toluenem (metanol lub aceton). Z diagramu krzywej binodalnej w trójkącie Gibbsa wynika, że jeżeli w układzie metanol stanowi więcej niż 68% objętość całego układu to może istnieć tylko jedna faza ciekła nie zależnie od wzajemnego stosunku objętości wody i toluenu (powierzchnia nad krzywą binodalną). Tą samą sytuację osiągamy dla układu toluen -woda -aceton, jeżeli aceton przekracza 75% objętości całego układu.

Z różnego przebiegu krzywych binodalnych dla dwóch układów: toluen -woda -metanol toluen -woda -aceton wnioskujemy, że metanol powoduje bardziej równomierny podział składników między dwie fazy (krzywa jest symetryczna) natomiast krzywa binodalna w układzie z acetonem jest nie symetryczna i nachylona w kierunku większej zawartości wody, co wskazuje na to, że faza bogata w wodę zawiera mniejszy ułamek toluenu niż powstająca z nią druga faza, która zawiera większy ułamek wody w porównaniu z ułamkiem toluenu w poprzedniej.

---