przy czym drugie współczynniki wirialne B i B' są sobie równe, a z dokładnością do pierwszych dwóch składników oba szeregi są równowa Dla czystej substancji B można zapisać
B =â–
V_ =
p
(3.5%
W przypadku mieszaniny współczynnik wirialny musi uwzględniać opn oddziaływań między tymi samymi cząsteczkami, również oddziaływania i dzy różnymi cząsteczkami. Z termodynamiki statystycznej wynika, że układu dwuskładnikowego (A + B)
B(T,y) - yl«AA(r) + 2yAyB B^T)
(3.5$
gdzie: Bm — mieszany (krzyżowy) współczynnik wirialny.
Korzystając z podanych wcześniej zależności (3.56) -t- (3.58), otrzymuje : z definicji pB (relacja (3.16))
In Pb
blpyB +
(3.59?
(3.59
(3.60|
gdzie
oraz dla czystej substancji
lnpB’ = lnp^-^Bgg.
Po podstawieniu do równania (3.53) uzyskuje się (uwzględniając Og = fB *g)M tzw. równanie Scatcharda
ln/B = ln
{*bPb
(Bbb - VB ) I 9\ PyA ^AB â– (P-PB) +
R T
RT
(3.61)’
W badaniach, które można nazwać badaniami równowagi ciecz-para, wyznacza się równowagowe wartości składów cieczy i pary, temperaturę i ciśnie- ’ nie, przy czym do jednoznacznego określenia stanu danego układu wystarcza podanie trzech spośród wymienionych parametrów. Wartości pB wyznacza się dla czystych cieczy; Bbb oraz odrębnie, z pomiarów p-V-T dla gazów.
Podstawą jakościowej klasyfikacji równowagowych właściwości układów ciecz-para są odchylenia od przewidywanych prawem Raoulta: mówi się o odchyleniach dodatnich (lub ujemnych), jeżeli równowagowa prężność par jest w stałej temperaturze większa (lub mniejsza) od przewidywanej przez to prawo. Zazwyczaj oznacza to analogiczne odchylenie od doskonałości mieszaniny ciekłej (współczynnik aktywności /B odpowiednio większy lub mniejszy od 1), jednakże w szczególnych przypadkach czynnikiem decydującym o odchyleniu od
I prawa Raoulta mogą być niedoskonałość fazy gazowej i duża zmienność całko-Jyritej prężności par w funkcji składu.
Układy, w których występujące odchylenia nie powodują powstania ekstre-• mum na krzywej całkowitej prężności pary, nazywane są zeotropami; |jeżeli ekstremum takie istnieje — azeotropami. Wykres na rys. 3.24 p przedstawia azeotrop dodatni.
Rys. 3.24. Azeotrop dodatni: -wartości rzeczywiste, -przewidywane przez prawo Raoulta. ---przewidywane przez prawo Henry’ego,---linia składów pary
Badania równowagi ciecz-para mają duże znaczenie, ponieważ najpowszechniej stosowanym procesem oczyszczania i rozdzielania w praktyce przemysłowej jest destylacja. Znajomość parametrów równowagi fazowej między cieczą a parą w układzie utworzonym przez destylowane składniki jest podstawowym warunkiem projektowania i optymalizacji procesów destylacyjnych. Ponadto, pomiary te stanowią bardzo istotne źródło informacji o właściwościach roztworów ciekłych, zarówno w sensie praktycznym (ekstrakcja, reakcje biegnące w roztworach [11]), jak i teoretycznym (teoria cieczy i mieszanin ciekłych, oddziaływania międzycząsteczkowe).
Należy podkreślić ponadto tradycje tych badań w nauce polskiej, związane z nazwiskami Zawidzkiego i Świętosławskiego, profesorów Politechniki Warszawskiej.
3.4.2. Metody badania równowagi ciecz-para
Bezpośrednie metody pomiaru równowagi ciecz-para (tj. wyznaczanie p, T, Xg, yB) [12], [13] można podzielić ze względu na warunki prowadzenia
189