Łukasz Szatkowski 03.10.30

wydział chemiczny

kierunek chemia

semestr III

Laboratorium z chemi fizycznej

Ćwiczenie Nr 31

Temat:

„Zastosowanie reguły faz Gibbsa do układu trójskładnikowego”

Data wykonania ćwiczenia:

03.10.30

Ocena:

Podpis:

Data oddania sprawozdania:

03.11.5

Ocena:

Podpis:

I.Wstęp:

Reguła faz Gibbsa znajduje zastosowanie min. w układzie trójskładnikowym ( woda, ciecz organiczna, rozpuszczalnik organiczny ). Pozwala ona obliczyć liczbę stopni swobody (z) , tzn. liczbę parametrów układu, które można dowolnie dobrać nie naruszając tym stanu równowagi fazowej .

(Wszystkie parametry układu , uwzględniając wielkości p,T , wynoszą α∗β+2 ,gdzie α -liczba składników , β - liczba faz ).

Liczba stopni swobody ( reguła faz Gibbsa ) wynosi więc z=α∗β+2-α(β-1) -β=αβ+2

Gdzie α(β-1) liczba ułamków dla α składników , ściśle określonych zależnościami:

μi(1)= μi(2) = μi(3)=......= μi(β) (potencjał chemiczny dowolnego składnika „i” jest taki sam we wszystkich fazach ).

Dla układu trójskładnikowego, gdzie dwie ciecze nie mieszają się , natomiast trzecia rozpuszcza się dobrze w każdej z nich , liczba stopni swobody wynosi : z=3 - 2 + 2=3 (powstaną dwa trójskładnikowe roztwory sprzężone ) , a więc , gdy p,T=const mamy f(xA',xB', xA”, xB”)=0.

Graficznym przedstawieniem tej zależności jest trójkąt równoboczny , zwany trójkątem Gibbsa-Roosebooma.

Trójkąt taki powstaje w następujący sposób :

w wierzchołki trójkąta wpisujemy np. % wagowe czystego składnika , następnie na każdym boku odkładamy skład odpowiednich układów dwuskładnikowych , a punkt wewnętrzny odpowiada układowi trójskładnikowemu.

Linia równoległa do boku odpowiada układowi , w którym zawartość danego składnika jest stała .Skład układu trójskładnikowego znajduję prowadząc przez odpowiedni punkt proste równoległe do boków AB i BC , przy czym ułamki Xa,Xb,Xc można odczytać na boku AB . Punkt w trójkącie odpowiadający danemu układowi znajduję odmierzając ułamki na podstawie trójkąta i prowadząc proste równoległe do pozostałych dwóch boków . Dowolna prosta przechodząca przez wierzchołek reprezentuje układy , w których stosunek ułamków dwóch odpowiednich składników jest stały.

0x01 graphic

Xa

Rys. : Trójkąt Gibbsa-Roosebooma ( jeden z etapów nanoszenia punktów na izotermę mieszania).

II.Wyniki :

Pomiar

Woda

Ciecz organiczna

Rozp. Organiczny

cm3

g

%

cm3

g

%

cm3

g

%

1

0,5

0,5

2,7103

9,5

8,237

44,6493

12,2

9,7112

52,6404

2

1,0

1

4,7660

9,0

7,803

37,1894

15,3

12,1788

58,0446

3

2,0

2

7,9195

8,0

6,936

27,4650

20,5

16,3180

64,6155

4

3,0

3

11,1857

7,0

6,069

22,6288

22,3

17,7508

66,1855

5

5,0

5

18,1925

5,0

4,335

15,7729

22,8

18,1488

66,0346

6

7,0

7

27,0072

3,0

2,601

10,0351

20,5

16,3180

62,9577

7

8,0

8

32,9207

2,0

1,734

7,1356

18,3

14,5668

59,9437

8

8,5

8,5

36,1822

1,5

1,301

5,5380

17,2

13,6912

58,2798

9

9,0

9

40,8241

1,0

0,867

3,9327

15,3

12,1788

55,2432

10

9,5

9,5

46,6565

0,5

0,434

2,1315

13,1

10,4276

51,2120

Ciecz organiczna : toluen

Rozpuszczalnik organiczny : aceton

temperatura przeprowadzenia pomiarów : ok. 20°.

III. Obliczenia :

( Przykład obliczeń dla pierwszego pomiaru ) :

m w w ∗ ν w =1g ; m t t ∗ ν t = 0,867 g/cm3 ∗ 9 cm3 = 7,803g ; m a = δ a ∗ ν a = 0,796 g/cm3 ∗ 15,5 cm3 =12,338g .

% wody = 1g∗ 100% / (1g+7,803g +12,338g )

%toluenu = 7,803g∗100% / (1g+7,803g +12,338g )

%acetonu = 12,338∗100% / (1g+7,803g +12,338g ) .

V. Wnioski :

Z wykresu wynika, że aceton ma większe powinowactwo do toluenu niż do wody, należałoby to tłumaczyć budową związków , a co za tym idzie , ich własnościami fizyko-chemicznymi (np. moment dipolowy, hydrofilowość).

Obecność acetonu w wodzie zmniejsza prawdopodobieństwo utworzenia wiązania wodorowego między cząsteczkami wody ( sam aceton nie tworzy wiązań wodorowych ).