22
ZALEśNOŚĆ PR
ZNOŚCI PARY OD TEMPERATURY -
DESTYLACJA
WST
P
Zgodnie z regułą faz w miarę wzrostu liczby składników w układzie, zwiększa się
równie\
liczba stopni swobody. Układ utworzony z mieszaniny dwóch cieczy
i pary pozostającej z nią w równowadze wykazuje dwa stopnie swobody.
Równowagę tę mo\
na przedstawić graficznie w układzie dwóch współrzędnych,
je\
eli zachowa się stałość pozostałych parametrów.
Zale\
ność występującą między parametrami: temperaturą (T), ciśnieniem (p),
ułamkiem molowym składników cieczy (x) i ułamkiem molowym składników w
fazie gazowej (y) mo\
na rozpatrywać w następujących współrzędnych:
- zale\
ność prę\
ności pary nasyconej od składu cieczy w warunkach
p(x)T
izotermicznych
- zale\
ność temperatury wrzenia roztworu od jego składu w
T(x)
p
warunkach izobarycznych
- zale\
ność składu pary od składu cieczy w stałej temperaturze
y(x)T
- zale\
ność składu pary od składu cieczy w warunkach stałego
y(x)
p
ciśnienia
Zgodnie z prawem Daltona na całkowitą prę\
ność pary p nad roztworem cieczy A
i B składają się cząstkowe prę\
ności par składników pA i pB.
(4.1)
p = pA + pB
Uwzględniając odpowiednie ułamki molowe yA i yB składnika A i B w parze,
mo\
na napisać:
oraz (4.1)
pA = pyA pB = pyB
W przypadku gdy ciecze A i B tworzą roztwór doskonały, ilościową zale\
ność
prę\
ności pary nasyconej substancji od jej stę\
enia w cieczy w warunkach
izotermicznych p(x)T określa prawo Raoulta. Dla roztworów dwuskładnikowych
otrzymuje się następujące związki:
 23
oraz (4.2)
pA = p0 �" xA pB = p0 �" xB
A B
0
gdzie p0 , pB oznaczają prę\
ności par substancji A i B w stanie czystym.
A
Mając na uwadze równość
(4.3)
xA + xB = 1
Równania te prowadzą do następującej zalę\
ności liniowej:
0 0
(4.4)
p = pB + xA( p0 - pB )
A
Rys. 4.1 Sumaryczne i cząstkowe prę\
ności par nad roztworami doskonałymi.
Układ współrzędnych p(x) T
Jak ju\
wspomniano skład pary jest z reguły ró\
ny od składu cieczy, co
przedstawić mo\
na na wykresie fazowym (Rys. 4.2)
 24
Rys. 4.2 Wykres fazowy dla roztworów doskonałych.
Temperatura wrzenia roztworu zale\
y od jego składu i zmienia się wzdłu\
krzywej
zwaną krzywą wrzenia. Linia określająca skład pary nad odpowiednią cieczą w
stanie równowagi obu faz nosi nazwę krzywej rosy.
Na podstawie takich wykresów mo\
na przewidzieć skład cieczy i pary
w określonych warunkach temperatury i ciśnienia, co ma du\
e znaczenie
w technice destylacyjnej stosowanej do oczyszczania i rozdzielania mieszanin.
CEL ĆWICZENIA
Celem ćwiczenia jest wyznaczenie krzywych destylacyjnych dla układu
dwuskładnikowego - skład roztworu i skład par nad tym roztworem jako funkcja
temperatury wrzenia.
APARATURA, SZKA
O
1. Refraktometr Abbego.
2. Aparatura szklana do pomiarów temperatury wrzenia:
" kolba destylacyjna,
" nakładka - chłodnica i gniazdo do termometru,
" termometr.
3. Statyw z łapą i łącznikiem.
4. A
az
nia elektryczna z przewodem.
5. Autotransformator.
6. Strzykawka do pobierania próbek kondensatu.
 25
7. Zlewka 50 ml z podziałką.
8. Zarodniki wrzenia (porcelanki).
9. Kuweta porcelanowa.
ODCZYNNIKI
1. Próbki ( 7 szt.) mieszanin chlorobenzenu i acetonu o ró\
nych proporcjach.
WYKONANIE ĆWICZENIA
1. Pomiar współczynnika załamania światła.
Zmierzyć współczynniki załamania światła w siedmiu próbkach ( próbki 1 i
7 są czystymi indywiduami chemicznymi: chlorobenzen i aceton). Ka\
dy
pomiar współczynnika załamania światła powtórzyć 3 razy i w obliczeniach
posługiwać się wartością średnią (odczytać z dokładnością do 4 miejsca po
przecinku).
2. Pomiar temperatury wrzenia.
- nalać do kolbki ok. 20 ml odpowiedniej mieszaniny,
- odkręcić kran doprowadzający wodę do chłodnicy,
- ustawić autotransformator na 150 V,
- przeprowadzić kolejne pomiary temperatur wrzenia.
Zakres temperatur wrzenia 56�C - 132�C.
3. Pomiar współczynnika załamania światła kondensatów.
Przy poszczególnych destylacjach odczekać a\
ustali się temperatura wrzenia,
a następnie pobrać strzykawką przez chłodnicę próbkę kondensatu w celu
zmierzenia współczynnika załamania światła i tym samym określenia składu
kondensatu w danej temperaturze wrzenia.
4. Po ka\
dorazowej destylacji:
podnosi się aparaturę szklaną na statywie w górę, usuwa łaz
nię elektryczną
i czeka kilka minut w celu ochłodzenia zawartości kolby, którą następnie
przelewa się z powrotem do butelki, z której pochodzi próbka.
Następną próbkę wlewa się do suchej kolbki - nie zapominać o nowych
zarodnikach wrzenia !!!.
 26
UWAGA!!!
Z otrzymanymi próbkami obchodzić się ostro\
nie (mieszaniny łatwopalne) !
OPRACOWANIE WYNIKÓW
1. Z wykresu krzywej wzorcowej (dołączonej na końcu opracowania) określić
skład próbek wyjściowych i próbek kondensatu.
2. Na podstawie uzyskanych wyników (które nale\
y zestawić w tabeli) wykreślić
krzywe destylacji w układzie współrzędnych: temperatura - ułamek molowy
składników.