Akademia Techniczno-Humanistyczna

w Bielsku-Białej

Wydział Nauk o Materiałach i Środowisku

Rok II , Semestr III

Ćwiczenie nr 5

Badanie równowagi fazowej w układach trójskładnikowych

Wykonali:

1. Wstęp teoretyczny:

Reguła faz lub reguła faz Gibbsa – zależność obowiązująca dla każdego układu będącego w równowadze termodynamicznej, łącząca liczbę faz w układzie, liczbę składników niezależnych oraz liczbę stopni swobody:

gdzie:

• – liczba stopni swobody, czyli liczba zmiennych intensywnych, które można zmieniać bez jakościowej zmiany układu (bez zmiany liczby faz w równowadze)

• – liczba niezależnych składników, a więc takich, które nie dają się określić za pomocą zależności chemicznych poprzez stężenia innych składników (niezależnych).

• – liczba faz, a więc postaci materii jednorodnej chemicznie i fizycznie (np. roztwór, faza gazowa, kryształy o określonym składzie).

Liczba stopni swobody jest tym większa im większa jest liczba składników i im mniejsza jest liczba faz w równowadze.

Wielkości intensywne, to te które można określić dla każdego miejsca w fazie i które nie zależą od całkowitej masy. Są to wielkości: temperatura, ciśnienie, gęstość, objętość właściwa. Wielkości ekstensywne to te, które wzrastają proporcjonalnie do całkowitej masy fazy. Są to np. objętość, entalpia, energia swobodna, entropia.

1. Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia jest opracowanie graficzne trójkąta mieszalności Roozebooma – Gibbsa, na podstawie przeprowadzonych uprzednio doświadczeń z toluenem, acetonem i wodą.

1. Wykonanie ćwiczenia:

Sporządziliśmy 8 roztworów acetonu i toluenu umieszczonych w próbówkach w proporcjach 9:1, 8:2, 7:3 itd. Następnie w temperaturze pokojowej (20,5) miareczkowaliśmy kolejno roztwory wodą do momentu wystąpienia (pojawienia się) zmętnienia. Wyniki pomiarów zestawiliśmy w tabeli nr 1.

1. Obliczenia i tabele pomiarowe:

Masy cząsteczkowe:

Toluen = 92,14 g/mol

Aceton = 58,08 g/mol

Woda = 18,00 g/mol

Gęstości:

Toluen = 0,873 g/cm³

Aceton = 0,784 g/cm³

Woda = 0,990 g/cm³

Masa składnika w próbówce przykładowo dla acetonu w próbówce 1:

, m = V • d, ml = cm³

m_A = V_A • d_A

$m_{A} = 9ml \bullet 0,784\frac{g}{\text{cm}^{3}}\ $= 7,06g

Masa układu przykładowo dla próbki 1:

M= ma + mb + mc

M = 7,056g+0,873g+3,465g = 11,39g

Ułamek masowy przykładowo dla acetonu:

$$X_{A1} = \frac{m_{A1}}{M} \bullet 100\%$$

$$X_{A1} = \frac{7,056g}{11,394g} \bullet 100\% = 61,927\% \approx 62\%$$

Tabela 1

Nr próbki Substancja		1	2	3	4	5	6	7	8
Zawartość substancji A (aceton)	Objętość	[ml]	9	8	7	6	5	4	3
	Masa	[g]	7,06	6,27	5,49	4,70	3,92	3,14	2,35
	Ułamek masowy	%	62	59	53	47	40	33	26
Zawartość substancji B (toluen)	Objętość	[ml]	1	2	3	4	5	6	7
	Masa	[g]	0,87	1,75	2,62	3,49	4,37	5,24	6,11
	Ułamek masowy	%	8	15	25	35	44	55	68
Zawartość substancji C (woda)	Objętość	[ml]	3,5	2,7	2,3	1,9	1,6	1,1	0,5
	Masa	[g]	3,47	2,67	2,28	1,88	1,58	1,09	0,50
	Ułamek masowy	%	30	23	22	19	16	12	6
Masa układu	[g]	11,39	10,69	10,38	10,08	9,87	9,46	8,96	8,75

Błędy pomiarowe:

Acetylen = 0

Toluen = 0,43

Woda = 0

Przykładowe obliczenia błędu pomiarowego dla acetylenu:

$$X_{A} = \sqrt{}$$

$$X_{A} = \sqrt{\frac{0}{7}} = 0$$

1. Wnioski:

W tym ćwiczeniu zbadaliśmy równowagę fazową w układzie trójskładnikowym. Różnice między otrzymanymi wynikami, a wynikami zawartymi w literaturze mogą wynikać z niedokładności pomiarów a także przez człowieka, który wykonywał pomiar.