Sara Nastałek

Wydział Biotechnologii i Nauk o Żywności

Kierunek: Technologia Żywności i Żywienia Człowieka

Poniedziałek 12¹⁵-16⁰⁰

15

Ćwiczenie nr 38

OZNACZENIE CIEPŁA PAROWANIA

Data wykonania………………..………………….

Data oddania………………………………………

Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia jest obliczenie ciepła parowania na podstawie temperaturowej zależności prężności cieczy.

Wstęp teoretyczny:

FAZA – to część układu oddzielona od pozostałych części wyraźnymi granicami oraz rządzona jednym równaniem stanu.

LICZBA STOPNI SWOBODY – to liczba parametrów układu, które możemy zmieniać nie niszcząc jego struktury.

SKŁADNIKI – są to wszystkie substancje chemiczne, z których zbudowany jest układ.

REGUŁA FAZ GIBBSA.

Reguła ta określa maksymalną liczbę faz P w stanie równowagi fazowej układu o F stopniach swobody, zawierającego K składników.

F = K + 2 – P

RÓWNANIE CLAUSIUSA – CLAPEYRONA.

Równanie to przedstawia zależność ciśnienia pary nasyconej od temperatury, dla przemian fazowych.

,

gdzie:

p – ciśnienie,

T – temperatura,

ΔH_par – zmiana entalpii przemiany,

ΔV – zmiana objętości składników (V_p – V_c).

Równanie to można scałkować przy założeniu, że para nasycona spełnia równanie stanu gazu doskonałego oraz uwzględniając, że V_p>>V_c:

.

Z powyższego równania można graficznie lub rachunkowo wyznaczyć ciepło parowania, jeżeli znana jest zależność prężności pary nasyconej od temperatury.

PRAWO PODZIAŁU NERNSTA.

W stanie równowagi pomiędzy dwiema fazami stosunek stężeń (c₁ i c₂) trzeciej substancji rozpuszczonej w każdej z tych faz jest wielkością stałą (zwaną współczynnikiem podziału α) w danych warunkach temperatury i ciśnienia.

gdzie:

α – współczynnik podziału,

c₁ – stężenie trzeciej substancji, rozpuszczonej w pierwszej fazie,

c₂ – stężenie trzeciej substancji, rozpuszczonej w drugiej fazie.

Wartość współczynnika α zależy od temperatury, ciśnienia i rodzaju rozpuszczalnika.

Sara Nastałek

Wydział Biotechnologii i Nauk o Żywności

Kierunek: Technologia Żywności i Żywienia Człowieka

Poniedziałek 12¹⁵-16⁰⁰

15

Ćwiczenie nr 31

WYZNACZANIE IZOTERMY MIESZANIA TRZECH CIECZY

Data wykonania………………..………………….

Data oddania………………………………………

Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia jest wyznaczenie izotermy mieszania dla układu trzech cieczy, czyli sporządzenie wykresu fazowego, rozgraniczającego układ zawierający dwie fazy ciekłe od jednej fazy ciekłej.

Wstęp teoretyczny:

Równowagi fazowe w układach trójskładnikowych

Zastosujmy regułę faz Gibbsa do układu trójskładnikowego.

Wobec tego, jeśli w układzie jest jedna faza, to :

co oznacza, że można zmieniać niezależnie od siebie cztery parametry.

Nie ma żadnej możliwości przedstawienia zależności pomiędzy czterema zmiennymi nawet na wykresie przestrzennym. Wobec tego przy opisie układów trójskładnikowych dyskutuje się równowagi przy ustalonych dwu parametrach; zwykle są to temperatura i ciśnienie.

Jako zmienne pozostają ułamki molowe dwu składników, gdyż ułamek molowy trzeciego jest z nimi powiązany.

W związku z tym do prezentacji równowag w układach trójskładnikowych wymyślono specjalny układ współrzędnych zwany trójkątem Gibbsa.

Trójkąt Gibbsa jest to trójkąt równoboczny i w wyznaczaniu punktu odpowiadającego danemu składowi korzystamy z własności geometrycznych takiego trójkąta.

Wierzchołki A, B i C odpowiadają czystym składnikom, odpowiednio A, B i C.

Boki odpowiadają układom dwuskładnikowym – np. bok AB to składy mieszanin składników A i B.
Na rysunku pokazano jak zmienia się ich skład wzdłuż boku. Punkty wewnątrz trójkąta odpowiadają składom mieszanin trójskładnikowych. Na odcinku RP leżą wszystkie punkty o takim samym ułamku molowym składnika C. Na odcinku LM leżą wszystkie punkty o takim samym ułamku molowym składnika B. Ich punkt przecięcia odpowiada danemu składowi mieszaniny trójskładnikowej. Ułamek molowy składnika A można znaleźć kreśląc równoległą do boku CB leżącego na przeciwko wierzchołka A. Sieczna CD to zbór punktów, dla których stosunek ułamków molowych składników A i B jest stały.

Istnieje wiele rozmaitych typów równowag w układach trójskładnikowych, zarówno pomiędzy cieczą a parą, pomiędzy rozmaitymi cieczami, cieczą i ciałem stałym, ale będziemy dyskutować tylko dwa przypadki.

Rozpuszczalność wzajemna trzech cieczy – układ dwu cieczy o ograniczonej mieszalności i trzeciej mieszającej się w sposób nieograniczony z nimi.

Bardzo często mamy do czynienia z układami, w których dwie ciecze wykazują ograniczoną mieszalność lub wręcz są praktycznie niemieszalne. Zwykle jest to woda i jakaś niepolarna lub słabo polarna ciecz organiczna np. toluen lub chloroform. Do układu tego wprowadzamy trzecią ciecz, która miesza się w sposób nieograniczony z każdą z poprzednich. Zwykle jest to polarna ciecz organiczna np. aceton lub etanol.

Początkowo w miarę dodawania jej układ jest dwufazowy. Każda z faz to trójskładnikowy roztwór, ale o innym składzie.

Na rysunku pokazano sposób wyznaczania izotermy mieszalności w takim układzie. Sporządzamy mieszaninę dwu składników A i B o określonym składzie.
W trójkącie Gibbsa odpowiada jej punkt D na boku AB. Punkty D’ i D’’ odpowiadają składom faz pozostających w równowadze w układzie dwuskładnikowym. Gdyby obie ciecze były całkowicie niemieszalne, to składom faz odpowiadałyby wierzchołki trójkąta A i B. Zaczynamy dodawać składnik C. Stosunek ułamków molowych x_A:x_B pozostaje niezmieniony czyli skład układu przesuwa się po siecznej DC. W punkcie oznaczonym M mamy układ dwufazowy. Każda z faz to roztwór nasycony o składach odpowiadających położeniom punktów M’ i M’’ w trójkącie Gibbsa. Linię łączącą składy obu faz nazywamy konodą. Aby ją wyznaczyć, należałoby zanalizować składy obu faz pozostających w równowadze. W miarę dodawania dalszych ilości składnika C rośnie wzajemna rozpuszczalność obu cieczy, składy obu faz stają się coraz bardziej zbliżone do siebie, aż w pewnym momencie zniknie jedna z faz i układ stanie się jednofazowy, co łatwo zaobserwować gołym okiem. Dochodzimy do punku H zwanego punktem homogenizacji. Wyznaczając punkty homogenizacji dla różnych wyjściowych składów cieczy A i B i łącząc je następnie na wykresie w trójkącie Gibbsa, otrzymujemy izotermę mieszalności zwaną binodą. Binoda dzieli pole trójkąta Gibbsa na dwa obszary. Poniżej jej mamy punkty odpowiadające układom dwufazowym, powyżej układom jednoskładnikowym.

Pomiar	WODA	Pomiar	KSYLEN	Pomiar	ACETON
	cm^3	g	%	mol
1.					1.
2.					2.
3.					3.
4.					4.
5.					5.
6.					6.
7.					7.
8.					8.
9.					9.
10.					10.

Pomiar	WODA	Pomiar	KSYLEN	Pomiar	ACETON
	cm^3	g	%	mol
1.					1.
2.					2.
3.					3.
4.					4.
5.					5.
6.					6.
7.					7.
8.					8.
9.					9.
10.					10.