Tomasz Warzocha
RÓWNOWAGI FAZOWE W UKŁADACH TRÓJSKŁADNIKOWYCH TYPU CIECZ-CIECZ
Celem ćwiczenia jest wyznaczenie krzywej binodalnej (izotermy) rozpuszczalności układu trójskładnikowego: woda-toluen-aceton i woda-toluen-propanol.
APARATURA:
Biureta cyfrowa o pojemności 25 cm3
Pipety miarowe o pojemności 10 cm3 - 3 sztuki
Pipety miarowe o pojemności 2 cm3 - 3 sztuki
Probówki z doszlifowanymi korkami - 16 sztuk
Pompka
ODCZYNNIKI:
toluen
aceton
propanol
woda destylowana
PRZEBIEG DOŚWIADCZENIA:
Sporządzamy dwuskładnikowe roztwory toluen-aceton i toluen-propanol o różnych stężeniach, odmierzając pipetami do probówek toluen, aceton i propanol w ilościach podanych w poniższych tabelach.
Następnie miareczkujemy otrzymane roztwory wodą destylowaną do pierwszego trwałego zmętnienia przy pomocy biurety cyfrowej. Tym sposobem otrzymujemy po 7 trójskładnikowych mieszanin dla acetonu i propanolu leżących na izotermie rozpuszczalności to znaczy izotermie przejścia z układu jednofazowego do dwufazowego.
Stężenia poszczególnych składników wyrażam w procentach objętościowych
korzystając ze wzoru:
V1 = V1. 100% / (Vc) gdzie: Vc = V1+V2+V3 (objętość mieszaniny)
V1-zawartość 1 składnika V2-zawartość 2 składnika V3-zawartość 3 składnika
Nr probówki |
Toluen |
Aceton |
Woda |
|||
|
ml |
% v/v |
ml |
% v/v |
Ml |
% v/v |
I |
9 |
89,1 |
1 |
9,9 |
0,1 |
1 |
II |
8 |
78,8 |
2 |
19,7 |
0,15 |
1,5 |
III |
6 |
58,5 |
4 |
39,0 |
0,26 |
2,5 |
IV |
4 |
37,7 |
6 |
56,6 |
0,61 |
5,7 |
V |
2 |
16,7 |
8 |
67,0 |
1,95 |
16,3 |
VI |
1 |
6,6 |
9 |
59,5 |
5,14 |
33,9 |
VII |
0,5 |
2,6 |
9,5 |
49,0 |
9,38 |
48,4 |
Nr probówki |
Toluen |
Propanol |
Woda |
|||
|
ml |
% v/v |
ml |
% v/v |
ml |
% v/v |
I |
9 |
88,5 |
1 |
9,8 |
0,17 |
1,7 |
II |
8 |
78,1 |
2 |
19,5 |
0,25 |
2,4 |
III |
6 |
57,5 |
4 |
38,3 |
0,44 |
4,2 |
IV |
4 |
35,3 |
6 |
53,0 |
1,32 |
11,7 |
V |
2 |
14,6 |
8 |
58,6 |
3,66 |
26,8 |
VI |
1 |
5,3 |
9 |
47,9 |
8,8 |
46,8 |
VII |
0,5 |
1,7 |
9,5 |
31,6 |
20 |
66,7 |
WNIOSKI:
Z ekstrapolacji binody do podstawy trójkąta (sytuacja w której udział trzeciego składnika: propanolu lub acetonu; w roztworze jest zerowy) wynika, że wzajemna rozpuszczalność wody w toluenie i toluenu w wodzie jest rzędu 0,5% objętości. Oznacza to, że jeżeli do wody dodamy toluenu w ilości nie przekraczającej 0,5% objętości całego roztworu, czyli:
·100%<0,5%; to otrzymamy układ jednofazowy o dwóch stopniach swobody.
Przekroczenie tej objętości spowoduje powstania dwóch faz ciekłych i układ będzie miał jeden stopień swobody (skład jednej fazy będzie decydował o składzie drugiej fazy). Jedną z faz będzie stanowił nasycony roztwór toluenu w wodzie, a drugą nasycony roztwór wody w toluenie, powstają roztwory sprzężone.
Wzajemną mieszalność wody i toluenu zwiększamy dodając trzeciego składnika, który miesza się zarówno z wodą jak i z toluenem (propanol lub aceton). Z diagramu krzywej binodalnej w trójkącie Gibbsa wynika, że jeżeli w układzie propanol stanowi więcej niż 68% objętość całego układu to może istnieć tylko jedna faza ciekła nie zależnie od wzajemnego stosunku objętości wody i toluenu (powierzchnia nad krzywą binodalną). Podobną sytuację osiągamy dla układu toluen -woda -aceton, jeżeli aceton przekracza 68% objętości całego układu.
Z różnego przebiegu krzywych binodalnych dla dwóch układów: toluen - woda - propanol toluen - woda - aceton wnioskujemy, że propanol powoduje bardziej równomierny podział składników między dwie fazy (krzywa jest symetryczna) natomiast krzywa binodalna w układzie z propanolem jest nie symetryczna i nachylona w kierunku większej zawartości wody, co wskazuje na to, że faza bogata w wodę zawiera mniejszy ułamek toluenu niż powstająca z nią druga faza, która zawiera większy ułamek wody w porównaniu z ułamkiem toluenu w poprzedniej.