1. Dane - wyniki pomiarów:

Spisałyśmy dane z tablic fizycznych dotyczące metanolu:

metanol
Taz	328,15
y1,az	0,648
paz/kpa	107,99

Poniżej umieściłyśmy tabelę drugą z instrukcji uzupełnioną i rozszerzoną o wielkości, które pomogły nam w obliczeniach:

Tabela 2
ciecz 1 [ml]	0	2,5	7,5	12,5	17,5	22,5	czysty składnik
ciecz 2 [ml]	czysty składnik	22,5	17,5	12,5	7,5	2,5	0
nD^20 kondensatu	1,3311	1,3586	1,3873	1,4095	1,4200	1,4284	1,4481
Y1^XX	0	0,1	0,3	0,5	0,7	0,9	1
nD^20 roztworu	1,3311	1,3416	1,3608	1,3821	1,4116	1,4389	1,4481
X1^X	1	0,9	0,7	0,5	0,3	0,1	0
Tw	64,7	62,5	58,3	55,3	53,7	54,5	61,3
l. moli cieczy 1
l. moli cieczy 2

Gdzie:

T_w- temperatura wrzenia [^◦C]

XX - indeks górny oznaczający ułamek molowy składnika 1 w kondensacie

X - indeks górny oznaczający ułamek molowy składnika 1 w roztworze

n_D²⁰ - współczynnik załamania światła

2. Wyznaczanie zależności funkcyjnej n_D²⁰ =f(skład roztworu)

Traktując składnik wyżej wrzący jako rozpuszczalnik (metanol) otrzymuję następującą zależność funkcyjną wartości współczynnika załamania światła od obecności w mieszaninie substancji rozpuszczonej (chloroform):

Prezentujemy tutaj tabelki, które wypełniałyśmy podczas prowadzenia pomiarów wraz z uzupełnionymi wierszami wymagającymi pewnych obliczeń:

Tabela 1
ciecz 1 [ml]	0,0	0,5	1,0	1,5	2,0	2,5	3,0	3,5	4,0	4,5	czysty składnik
ciecz 2 [ml]	czysty skladnik	4,5	4,0	3,5	3,0	2,5	2,0	1,5	1,0	0,5	0
nD^20	1,3311	1,3388	1,3376	1,3800	1,3799	1,3915	1,4021	1,4158	1,4252	1,4388	1,445
x1	0	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1

Oznaczenia:

ciecz 1 - chloroform x₁ - ułamek molowy składnika (chloroformu) w mieszaninie

ciecz 2 - metanol n_D²⁰ - współczynnik załamania światła

3. Zależność temperatury wrzenia cieczy od ilości składnika lotniejszego w kondensacie (Y_I) i w roztworze (X_I).

Skład mieszaniny wyjściowej określiłyśmy bezpośrednio z warunków doświadczenia

Dane potrzebne do utworzenia wykresu zamieściłyśmy poniżej w tabelce:

Tw	64,7	62,5	58,3	55,3	53,7	54,5	61,3
nD^20 kondensatu	1,3311	1,3586	1,3873	1,4095	1,4200	1,4284	1,4481
xi w kondensacie	0,0176	0,2475	0,4875	0,6731	0,7609	0,8311	0,9958
nD^20 roztworu	1,3311	1,3416	1,3608	1,3821	1,4116	1,4389	1,4481
xi w roztworze	0,0176	0,1054	0,2659	0,4440	0,6906	0,9189	0,9958

T_w - temperatura wrzenia [C]

n_D²⁰ - współczynnik załamania światła

x_i CHCl₃ - ułamek molowy chloroformu w kondensacie/roztworze.

Obliczyliśmy go korzystając ze wzoru:

Poniżej zamieszczamy wykres przedstawiający tą zależność:

Punkt przecięcia się dwóch krzywych jest w momencie, gdy ułamek molowy chloroformu wynosi 0,76 (metanolu 0,24) wartość temperatury wrzenia jest wówczas równa 53,8◦C.

Następnie zrobiłyśmy wykres zależności ułamka molowego chloroformu w kondensacie do ułamka molowego chloroformu w roztworze dodając prostą o wzorze y=x (różowy kolor)

Po przeprowadzeniu prostej y=x otrzymałyśmy wykres:

Punkt przecięcia się dwóch osi jest w momencie, gdy ułamek molowy chloroformu w roztworze i w kondensacie wynosi 0,78.

4. Dyskusja otrzymanych wyników

a) porównanie z wartościami tablicowymi:

Temperatura azeotropu, którą obliczyłyśmy, wyniosła T_az= 326,95K. Porównując ją z wartością tablicową T_az=328,15K widać, że nasz błąd wynosi ∆T_az=1,2K.Ułamek molowy, który odczytałyśmy z wykresu, wyniósł Y_1,Az= 0,78. Wartość książkowa wynosi Y_1,Az=0,648. Błąd wynosi więc ∆ Y_1,Az= 0,132.

b) błędy

Zasadniczymi błędami popełnianymi w doświadczeniu są:

• błąd pomiaru objętości podczas sporządzania roztworu

• błąd odczytu współczynnika załamania światła kondensatu (szybkie parowanie lotnego składnika)

• błąd oznaczania temperatury wrzenia (związany z naruszeniem stanu równowagi ciecz-para)

• błąd odczytu wartości z wykresu (zostało określone w sposób przybliżony, co również miało swoje odzwierciedlenie w popełnieniu błędu)

Obliczając regresję liniową wyznaczyłyśmy błędy standardowe współczynnika a, S_a = 0,00718 oraz stałej b, S_b=0,00425. Standardowy błąd oceny współczynnika załamania światła wyniósł S_y=0,00753. Są to małe odchylenia, takiego rzędu, że możemy je pominąć.

Punkt 3. i 4. na wykresie pierwszym odbiegają od reszty wykonanych pomiarów. Prawdopodobnie źle odczytałyśmy wartość współczynnika załamania światła dla danych ułamków molowych, bądź zrobiłyśmy to za późno (substancja badana była bardzo lotna, mogła wyparować i zniekształcić wyniki).

c) wnioski

Badane substancje rozpuszczają się w sobie w nieograniczonych stosunkach. Na podstawie wykresu widzimy że w układzie występują wyraźne odchylenia dodatni od prawa Raoulta (występowanie minimalnej temperatury wrzenia na diagramie fazowym w warunkach izobarycznych oraz charakterystyczny kształt wykresu). Oznacza to że w układzie występują silne oddziaływania między cząsteczkami tego samego rodzaju i możliwe jest rozdzielenie tej mieszaniny na czysty składnik będący w nadmiarze do składu azeotropowego oraz mieszaninę o składzie azeotropowym. Analizując otrzymany diagram fazowy można przypuszczać, że mieszanina ta jest azeotropem dodatnim. Destylacja takiej mieszaniny będzie zależna od początkowego jej składu, ale umożliwi rozdział składników

Mieszanina, którą badałyśmy, nie jest doskonała. Budowa metanolu i chloroformu jest różna - różnią się przede wszystkim polarnością - dlatego mieszanina wykazuje odchylenia od doskonałości, które w pierwszym rzędzie spowodowane są niedoskonałością fazy ciekłej, a potem niedoskonałością fazy gazowej. Dla doskonałych substancji temperatura powinna zmieniać się liniowo wraz ze składem roztworu. Azeotropia dodatnia jest charakterystyczna dla układów w których cząsteczki znacznie różnią się polarnością, np. mieszaniny węglowodory-alkohole. Temperatura wrzenia układu jest niższa od temperatury wrzenia czystych składników mieszaniny. Jest to układ o niekorzystnych wiązaniach międzycząsteczkowych skutkujących zwiększaniem lotności roztworu.

---