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=α−β+2

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

μ_i⁽¹⁾= μ_i⁽²⁾ = μ_i⁽³⁾=......= μ_i^(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(x_A',x_B', x_A”, x_B”)=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.

Xa

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

II.Wyniki :

Pomiar	Woda			Ciecz organiczna			Rozp. Organiczny
		cm^3	g	%	cm^3	g	%	cm^3	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 =δ _w ∗ ν _w =1g _; m _t =δ _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 ).

---