Grupa	Zespół	Ćwiczenie	Data	Ocena
22	8	10	21.03.2000
Imię i nazwisko		Temat ćwiczenia
Edyta Błaż Maria Borzęcka Joanna Jarosz		Trójkąt Gibbsa

1. Wstęp teoretyczny

W ćwiczeniu występuje układ trójskładnikowy z ograniczoną rozpuszczalnością, która występuje w układzie podwójnym A-B (toluen - woda). W pozostałych układach podwójnych A-C i B-C (toluen - metanol i woda - metanol) występuje pełna mieszalność. Dla przedstawienia na płaszczyźnie diagramu fazowego takiego układu należy, oprócz ciśnienia, uwzględnić także temperaturę. W tym celu wykorzystuje się tzw. trójkąt Gibbsa (→ rysunek). Podstawą zastosowania trójkąta Gibbsa jest zależność w_A + w_B + w_c = 100%, gdzie w_A, w_B, w_c są składami procentowymi składników A, B, i C. Naroża trójkąta odpowiadają czystym składnikom A, B i C. Każdy punkt wewnątrz trójkąta przedstawia układ trójskładnikowy. Skład układu w danym punkcie trójkąta można określić przeprowadzając przez dany punkt proste równoległe do boków i odczytując zawartości składników na odpowiednich bokach trójkąta (np. zawartości składnika A odpowiadają punkty przecięcia się prostej równoległej do boku BC z bokami AC i AB).

Jeżeli do pierwotnego, dwuskładnikowego i

dwufazowego układu doda się pewną ilość składnika C, który miesza się zupełnie zarówno z A jak i B, to sumaryczny skład układu przeniesie z punktu c do c₁ (wszystkie punkty leżące na prostej Cc mają tę właściwość, że stosunek zawartości składników A i B pozostaje na niej stały). Spowoduje to zmianę składów poszczególnych faz, ponieważ obecność składnika C w obydwu fazach a₁ i b₁ prowadzi do zwiększenia mieszalności. Dodając dalsze porcje składnika C otrzymuje się kolejne fazy a₂ i b_2, a₃ i b₃ (punkty c₂, c₃ oznaczają

kolejne sumaryczne składy) aż do otrzymania układu homogenicznego w punkcie K zwanym punktem rozpuszczalności krytycznej. Linie łączące składy faz będących ze sobą w równowadze tzw. linie koniugacji przecinają się w jednym punkcie leżącym poza trójkątem Gibbsa i noszącym nazwę ogniska. Liczba stopni swobody dla układów, których sumaryczny skład znajduje się poniżej izotermy rozpuszczalności wynosi (T = const., p = const.) n = 3 - 2 + 0 = 1, a dla układów, których sumaryczny skład znajduje się nad krzywą liczba stopni swobody wynosi 2.

2. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia było określenie stężeń, przy których zachodzi zjawisko zwiększenia się mieszalności w układzie dwuskładnikowym po dodaniu do niego trzeciego, rozpuszczalnego składnika, przy określonej temperaturze, w układzie toluen − woda - metanol oraz wykreślenie izotermy rozpuszczalności dla tego układu na diagramie Gibbsa.

3. Zadane parametry

odczynnik	wzór chemiczny	gęstość [g/cm^3]	masa molowa [g/mol]
toluen	C6H5CH3	0,8623	84
woda destylowana	H2O	0,998	18
metanol	CH3OH	0,7866	32

temperatura: 22ºC

4. Sposób wykonania ćwiczenia

W naczyniu termostatowanym wodą zmieszano znaną objętość (49,5 cm³) toluenu z początkową objętością wody destylowanej (0,5 cm³) i wymieszano tak, że wytworzyły się dwie fazy. Taki układ miareczkowano, podczas gwałtownego wytrząsania, metanolem aż do zaniku zmętnienia, czyli uzyskania punktu homogenizacji układu. Następnie dodano kolejną porcję wody destylowanej (0,4 cm³) i znowu miareczkowano układ metanolem, aż do zaniku zmętnienia. Postąpiono tak jeszcze trzy razy, a później, do układu homogenicznego uzyskanego po piątym miareczkowaniu, dodano znaną objętość metanolu (2 cm³) i miareczkowano układ wodą destylowaną do wystąpienia zmętnienia, czyli podziału układu na dwie fazy. Następnie postąpiono analogicznie z dwie kolejnymi objętościami metanolu. Wszystkie miareczkowania wykonywano podczas wytrząsania roztworu. Wyniki pomiarów zawarto w tabeli poniżej.

5. Wyniki pomiarów

objętości [cm^3]					% wagowe			% molowe
A toluenu	B wody	B wody (suma)	C metanolu	C metanolu (suma)	A	B	C	A	B	C
49,5	0,50	0,50	0,00	0,00	98,844	1,156	0,000	94,827	5,173	0,000
49,5	0,50	0,50	9,95	9,95	83,678	0,978	15,344	65,109	3,552	31,339
49,5	0,40	0,90	5,40	15,35	76,692	1,614	21,694	54,326	5,335	40,340
49,5	0,20	1,20	3,45	18,80	72,753	2,041	25,206	49,010	6,417	44,572
49,5	0,20	1,40	2,30	21,10	70,344	2,303	27,353	46,009	7,028	46,962
49,5	0,10	1,50	1,15	22,25	69,199	2,427	28,374	44,643	7,307	48,051
49,5	0,20	1,70	2,00	24,25	67,266	2,647	30,061	42,398	7,865	49,737
49,5	0,25	1,95	3,00	27,25	64,609	2,946	32,445	39,510	8,407	52,083
49,5	0,60	2,55	5,00	32,25	60,462	3,605	35,934	35,232	9,803	54,965

wartości pogrubione - wyniki miareczkowania

6. Dyskusja wyników, wnioski

Izoterma rozpuszczalności została przedstawiona na trójkątnym wykresie fazowym, czyli trójkącie Gibbsa. Ogranicza ona zakres częściowej rozpuszczalności badanego układu trójskładnikowego. Jej kształt zależy od temperatury i budowy chemicznej składników. Na podstawie przeprowadzonych pomiarów nie można wyznaczyć punktu rozpuszczalności krytycznej oraz ogniska, gdyż w tym celu należy znać skład faz pozostających ze sobą w równowadze.

1

---