Nr grupy 22 Nr zespołu 3	Nr ćwiczenia 6	Data: 14-04-2008
Grzywacz Joanna Góral Katarzyna Paśko Karolina	TRÓJKĄT STĘŻEŃ GIBBSA	Ocena :

1. Wprowadzenie teoretyczne

Diagram Gibbsa, zwany też trójkątem Gibbsa - Roozebooma stosuje się do graficznego przedstawienia składu mieszanin maksymalnie trójskładnikowych.

Jest to trójkąt równoboczny, którego wierzchołki A, B, C odpowiadają 100% danego składnika. Każdy punkt leżący na boku odpowiada zawartości 2 składników (układ dwuskładnikowy). Każdy punkt wewnątrz trójkąta odpowiada zawartości 3 składników w układzie. Aby znaleźć zawartość dla dowolnego punktu przeprowadzamy przez niego 3 proste równoległe do boków trójkąta. Odległości miejsc przecięcia tych prostych z bokami od wierzchołka trójkąta wyznaczają udział procentowy składników A, B, C w mieszaninie. Odcinek równoległy do boku trójkąta zawiera punkty o jednakowym stężeniu danego składnika (wierzchołek naprzeciw tego boku). Odcinek przechodzący przez jeden z wierzchołków odpowiada stałemu stosunkowi stężeń dwu pozostałych składników. Jeżeli jest podany skład mieszaniny i chcemy znaleźć punkt na płaszczyźnie trójkąta - należy dane odłożyć na odpowiednich bokach trójkąta i przeprowadzić równoległe do boków - w miejscu ich przecięcia leży poszukiwany punkt.

Układ dwuskładnikowy i dwufazowy A-B po dodaniu pewnej ilości składnika C staje się jednofazowy; mieszanina staje się roztworem jednorodnym. Aby w założonej temperaturze określić stężenia, przy których tworzy się układ jednofazowy trójskładnikowy, miesza się A, B i C, jeżeli po osiągnięciu stanu równowagi uzyskamy układ wielofazowy - fazy rozdzielamy i określamy ich skład. Skład faz współistniejących ze sobą nanosimy na trójkąt Gibbsa i odpowiadające im punkty łączymy ze sobą odcinkami tzw. konodami. Krzywa binodalna powstaje po połączeniu punktów końcowych konod i wyznacza ona skład roztworów nasyconych. Punkt krytyczny odpowiada roztworowi nasyconemu, gdy dwie fazy mają identyczny skład. W miarę wzrostu temperatury rozpuszczalność cieczy z reguły rośnie i zmniejsza się zakres dwufazowy na trójkącie stężeń, aż do całkowitego zaniknięcia powyżej górnej temperatury krytycznej mieszalności. Istnieją też układy, w których dwie lub trzy pary składników wykazują ograniczoną rozpuszczalność.

Reguła faz określa liczbę stopni swobody układu zawierającego S składników i F faz. Odkrywcą tej reguły był twórca trójkąta stężeń J. Willard Gibbs, wyraża ją równanie:

S - liczba składników, F - liczba faz

Do ilościowego określenia składu fazy potrzebnych jest S-1 wyrazów stężeniowych. Ogólna liczba zmiennych stężeniowych wynosi F(S-1). Określa się ciśnienie i temperaturę, ogółem mamy F(S-1)+2, jeżeli uwzględnia się wszystkie fazy układu. Wyznacza się liczbę zmiennych określonych przez warunki równowagi układu. Składnik S₁ rozdzielony jest między fazy F₁ i F_2. W stanie równowagi spełniona jest pewna zależność, którą w sposób uproszczony można przedstawić za pomocą wzoru:

Jeżeli jest ustalone stężenie S₁ w fazie F₁ powyższe równanie określi jednoznacznie jego stężenie w fazie F₂. Dla S składników zależności równowagowe określają jednoznacznie ogółem S(F-1) parametrów intensywnych. Liczba stopni swobody (tj. liczba parametrów intensywnych, które można zmieniać) będzie równa:

Jeżeli jakiś składnik nie występuje lub występuje w znikomo małej ilości w jednej z faz układu, to liczba parametrów intensywnych odpowiadających tej fazie będzie o jeden mniejsza.

Reguła faz dotyczy wszystkich układów, niezależnie od tego, czy ich fazy zawierają jednakowe liczby składników.

2. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest określenie stężeń , w których następuje zwiększenie rozpuszczalności dwóch praktycznie nie mieszających się cieczy po dodaniu trzeciego składnika przy założonej temperaturze i wykreślenie izotermy rozpuszczalności na diagramie Gibbsa.

3. Zadane parametry

Na podstawie miareczkowania metanolem roztworu woda-chloroform wyznaczyć punkty na binodzie ograniczające zakres częściowej rozpuszczalności badanego układu trójskładnikowego w temperaturach 22^oC i 30^oC.

4. Sposób wykonania ćwiczenia

Przeprowadzono dwa miareczkowania w temperaturach 22^oC i 30^oC. Pierwsze miareczkowanie polegało na umieszczeniu w zlewce znanej objętości (12 cm³) chloroformu z początkową objętością wody destylowanej (0,5 cm³) i wymieszaniu aby wytworzyły się dwie fazy. Taki układ miareczkowano, podczas gwałtownego wytrząsania, metanolem aż do zaniku zmętnienia. Po czym dodawano kolejną porcję wody destylowanej (0,5 cm³) i znowu miareczkowano układ metanolem, aż do zaniku zmętnienia.

Drugie miareczkowanie przeprowadzono w sposób identyczny tylko w naczyniu termostatowanym wodą umożliwiającym utrzymanie odpowiedniej temperatury 30^oC.

Wyniki pomiarów zanotowano w tabelach.

d_H20=1 [g/cm³] M _H20=18,02 [g/mol]

d_CHCl3=1,48 [g/cm³] M _CHCl3=119,38 [g/mol]

d_CH3OH=0,79 [g/cm³] M_CH3OH=32,04 [g/mol]

T=22^oC

Lp.	Objętość [cm^3]			% molowy (ułamek molowy)			% wagowy (ułamek wagowy)
	woda	chloroform	metanol	woda	chloroform	metanol	woda	chloroform	metanol
1	0,5	12	3,5	10,57	56,50	32,93	2,38	84,43	13,18
2	1	12	4,8	17,21	46,01	36,78	4,43	78,71	16,86
3	1,5	12	5,95	21,99	39,19	38,82	6,26	74,08	19,66
4	2	12	7	25,68	34,32	40	7,93	70,38	21,69
5	2,5	12	8	28,62	30,60	40,77	9,4	66,78	23,82
6	3	12	8,9	31,14	27,74	41,11	10,79	63,87	25,34
7	3,5	12	9,75	33,29	25,42	41,28	12,08	61,27	26,65
8	4	12	10,55	35,19	23,51	41,30	13,28	58,97	27,75
9	4,5	12	11,3	36,88	21,90	41,21	14,42	56,91	28,67
10	5	12	12,15	38,23	20,43	41,34	15,44	54,84	29,72
11	5,5	12	12,85	39,59	19,24	41,17	16,45	53,12	30,43
12	6	12	13,06	40,75	18,15	41,10	17,6	52,07	30,33
13	6,5	12	13,76	42,50	17,47	40,03	18,49	50,52	30,99
14	7	12	14,46	43,46	16,59	39,95	19,33	49,04	31,63
15	7,5	12	15,21	44,27	15,77	39,96	20,11	47,60	32,29
16	8	12	15,91	45,06	15,05	39,88	20,86	46,30	32,84
17	8,5	12	16,51	45,90	14,43	39,67	21,61	45,15	33,24
18	9	12	17,26	46,50	13,81	39,69	22,27	43,93	33,8
19	9,5	12	17,91	47,16	13,27	39,57	22,92	42,85	34,23
20	10	12	18,61	47,72	12,75	39,52	23,53	41,79	34,68
21	10,5	12	19,21	48,34	12,30	39,36	24,15	40,85	35,00
22	11	12	20,01	48,72	11,84	39,44	24,66	39,81	35,53
23	11,5	12	20,56	49,34	11,47	39,25	25,25	38,99	35,76
24	12	12	21,26	49,72	11,07	39,21	25,76	38,11	36,13
25	12,5	12	21,86	50,20	10,73	39,07	26,28	37,33	36,39

T=33^oC

Lp.	Objętość [cm^3]			% molowy (ułamek molowy)			% wagowy (ułamek wagowy)
	woda	chloroform	metanol	woda	chloroform	metanol	woda	chloroform	metanol
1	0,5	12	3,26	10,8	57,9	31,3	2,4	85,2	12,3
2	1,5	12	1,79	16,9	45,3	37,9	4,4	78,1	17,5
3	2	12	1,10	,21,7	38,8	39,5	6,2	73,6	20,1
4	2,5	12	1,00	25,5	34,1	40,4	7,9	69,9	22,2
5	3	12	1,05	28,3	30,4	41,3	9,3	66,4	24,2
6	3,5	12	0,90	30,9	27,6	41,6	10,7	63,5	25,7
7	4	12	0,85	33,0	25,3	41,7	12,0	61,0	27,0
8	4,5	12	0,80	34,9	23,4	41,7	13,2	58,7	28,1
9	5	12	0,85	36,5	21,7	41,8	14,3	56,5	29,2
10	5,5	12	0,75	38,0	20,4	41,7	15,4	54,6	30,0
11	6	12	0,80	39,2	19,1	41,7	16,3	52,8	30,9
12	6,5	12	0,70	40,4	18,1	41,5	17,3	51,2	31,5
13	7	12	0,70	41,5	17,1	41,3	18,2	49,7	32,1
14	7,5	12	0,70	42,5	16,3	41,2	19,0	48,3	32,7
15	8	12	0,75	43,4	15,5	41,1	19,8	46,9	33,4
16	8,5	12	0,75	44,1	14,8	41,1	20,5	45,5	33,9
17	9	12	0,70	44,9	14,2	41,0	21,2	44,3	34,4
18	9,5	12	0,65	45,6	13,6	40,8	21,9	43,3	34,8
19	10	12	0,70	46,3	13,1	40,7	22,6	42,2	35,3
20	10,5	12	1,10	46,5	12,5	41,0	23,0	40,9	36,2

5.Wnioski

Dodawany do układu dwóch nie mieszających się cieczy (wody i chloroformu) metanol zwiększa ich wzajemna rozpuszczalność. Wraz ze wzrostem stężenia wody coraz trudniej osiągnąć roztwór jednofazowy, a łatwiej dwufazowy. Wykres rozpuszczalności cieczy powinien wzrastać wraz ze wzrostem temperatury. Niestety w doświadczeniu wykonanym przez nasz zespół tego faktu nie udało się zaobserwować, prawdopodobnie jest to związane z błędem spowodowanym z trudnością uchwycenia końcowego punktu miareczkowania.

---