Лабораторный практикум по физической химии (стр. 11 )

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ.

1. Получить у лаборанта пробирки со смесями известных составов и с контрольной смесью, термометр и мешалку.

2. Взять одну из пробирок. Записать в лабораторный журнал состав смеси, указанный на пробирке.

3. Нагреть пробирку и, когда смесь расплавится, осто­рожно погрузить в нее шарик термометра и мешалку. Сле­дить за тем, чтобы не пробить дно пробирки термометром. На стенках термометра могут образоваться кристаллы, в этом' случае пробирку нужно нагреть до расплавления этих кристаллов. Пробирку вместе с погруженным в расплав термометром закрепить в лапке штатива. Верхний конец столбика ртути должен быть освещен и находиться на уровне глаз работающего.

4. Сразу после закрепления пробирки начать запись в журнале температуры расплава, медленно помешивая его мешалкой из проволоки, которая пропущена через пробку, удерживающую термометр. Отсчеты температуры делать через 30 с. Важно визуально отметить темпеpaтуру, при которой появляются первые кристаллы. После этого помешивание можно прекратить. Наблюдение и запись температуры продолжать до тех пор, пока температура не будет близкой к комнатной.

5. Окончив опыт расплавить смесь, вынуть термометр и вытереть его фильтровальной бумагой. Такие же опыты провести со всеми полученными смесями.

6. Построить на миллиметровой бумаге кривые охлаждения для каждой смеси так, чтобы I мм на оси ординат соответствовал 0,5°С, а на оси абсцисс-0,5 мин.

7. Найти по изломам на кривых охлаждения температуры начала и окончания кристаллизации расплава. Записать эти температуры t1 и tЭ в лабораторный журнал в табл. 4.1 для всех смесей.

Таблица 4.1

mA, г	mB, г	масс% В	t1	tЭ	ℓ, мм

Построить диаграмму плавкости. Для этого нанести температуры начала и конца кристаллизации для каждой смеси на график состав - температура, построенный в масштабе: по оси ординат 1 мм равен 0,5°С, по оси абсцисс 1 мм равен 1% B. Соединить нанесенные точки линиями.

8. По кривым охлаждения определить длины эвтектических площадок для всех смесей и записать в табл. 4.1 (ℓ мм).

9. Построить в нижней части диаграммы треугольник Таммана: зависимость длины площадки ℓ от состава смеси.

10. По кривой охлаждения для контрольной смеси определить температуру начала кристаллизации и длину эвтектической площадки, а с помощью диаграммы плавкости и треугольника Таммана определить состав контрольной смеси.

Варианты систем:

нафталин	-	дифениламин
фенол	-	нафталин
нафталин	-	азобензол
нафталин	-	α- нафтол
нафталин	-	β- нафтол
камфора	-	бенэойная кислота
дифениламин	-	бенэойная кислота

Для получения диаграмм плавкости и треугольника Таммана для систем с высокими температурами плавления температуры измеряют термопарами и по изломам и площад­кам на кривых охлаждения также определяют температуры начала и конца кристаллизации. В табл. 4.2 представлены варианты систем и минимальные и максимальные температу­ры для кривых охлаждения.

Таблица 4.2

Система	t min, ºC	t max,ºC
Zn – Sn Bi – Sn	150 100	380 300

Для предотвращения окисления металлов при нагрева­нии тигли с чистыми металлами и их смесями засыпают сверху тонким слоем измельченного угля.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

Перед выполнением работы

1.  Нарисовать вид диаграммы плавкости системы из двух веществ растворимых в жидкой и нерастворимых в твердой фазах.

2.  Что такое кривая охлаждения?

3.  Какие кривые охлаждения должны получаться для этих систем?

4.  Как из набора кривых охлаждения построить диаграмму плавкости?

5.  Каковы причины отклонения реальной кривой охлаждения от идеальной? Объясните появление минимумов на кривых охлаждения.

6.  Какие данные необходимы для построения треугольника Таммана?

7.  Как определить состав контрольной смеси?

К защите работы

1.  Назовите компоненты и фазы изученной вами системы.

2.  Какой набор фаз в каждом поле полученной диаграммы?

3.  Определите число степеней свободы в каждом поле диаграммы,

4.  Как изображается на вашей диаграмме равновесие систем: безвариантных (С = 0), моновариантных (С = I) и бивариантных (С = 2)?

5.  От чего зависит длина эвтектической площадки на кривой охлаждения?

6.  На чем основан термический анализ?

7.  В каких случаях необходим треугольник Таммана при определении состава смеси?

ТРЕХКОМПОНЕНТНЫЕ СИСТЕМЫ

Для изображения составов трехкомпонентных систем при постоянных температуре и давлении применяют метод треугольника Гиббса-Розебома.

Вершины равностороннего треугольника (рис.4.4) соответ­ствуют чистым веществам А, В и С. Стороны, соединяющие вершины, являются осями для изображения составов систем из двух компонентов AB, BC и AC.

Рис. 4.4. Треугольник Гиббса-Розебома.

Все точки внутри тре­угольника выражают составы трехкомпонентных систем. Ввиду того. что в вершине А треугольника концентрация А максимальна (100%), а на стороне ВС она равна нулю, то концентрация А пропорциональна степени удаленности фигуративной точки внутри треугольника от стороны ВС. Розебом предложил определять концентрации компонентов по величинам отрезков, проведенных из фигуративной точки параллельно сторонам треугольника. Например, для точки d (рис.4.4) концентрация А пропорциональна отрезку ad, или равного ему a’d, a концентрации В и С определяются отрез­ками bd и cd соответственно. Сумма всех таких отрезков (ad, bd и cd) равна стороне треугольника, длина которой и при­нята за 100%. Можно доказать, что на линии, проходящей через вершину треугольника, например, на всей линии Ае, отношение концентраций компонентов С и В одинаково и равно в данном случае отношению длин отрезков Be и Се (рис.4.4).

Если приготовить смесь компонентов В и С состава, соответствующего точке е на диаграмме, а затем добавлять только компонент А, то фигуративная точка всей системы будет двигаться по прямой линии от точки е к А.

Рис. 4.5. Диаграмма взаимной растворимости трех жидкостей

На рис.4.5 представлен вид диаграммы растворимости для случая, когда система состоит из двух (С и В) взаимно нерастворимых компонентов и третьего (А), неограни­ченно растворимого в каждом из первых двух.

Внутри такой диаграммы состояния имеются две области - однофазная и двухфазная, а линия, разделяющая эти две области, описывает составы насыщенных растворов. Любая фигуративная точка внутри двухфазной области описывает суммарный состав системы, которая распадается на две фазы, различающиеся по составу. Точки, описываю­щие составы этих равновесных фаз, находятся на линии, ограничивающей двухфазную область, и через них можно провести ноду. Все продолжения нод для такой системы схо­дятся в одной точке вне треугольника на продолжении одной из сторон треугольника, как показано на рис. 4.5 (правило Тарасенкова). Число степеней свободы для трехкомпонент­ной системы при постоянных Т и P рассчитывается по формуле С = 3 - Ф, где Ф - число фаз в системе.

Работа 4.2. ПОЛУЧЕНИЕ ИЗОТЕРМЫ РАСТВОРИМОСТИ ТРЕХ ЖИДКОСТЕЙ

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Определение составов насыщенных растворов из трех компонентов и построение диаграммы - изотермы растворимости.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1.  Получить у лаборанта 3 бюретки, 10 сухих пробирок, склянки с тремя жидкостями одного из указанных в табл.4.3 наборов, стакан для слива и бланк с треугольни­ком Гиббса-Розебома.

2.  Закрепить бюретки на штативе, снабдив их надписями с назва­ниями веществ. Затем налить соответствующие жидкости в бюретки и установить их уровни на нуле.

3.  Для веществ В и С, которыми будет производиться титрование для определения начала расслаивания системы, нужно определить объем одной капли. Для этого налить из бюретки в стакан 20 ка­пель и определить их суммарный объем по бюретке. Разделив этот объем на число капель, рассчитать объем одной капли.

4.  Составить бинарные смеси с помощью бюреток в соотно­шениях, указанных с табл. 4.4

5.  Добавлять к каждой смеси В или С каплями, считая число капель, компонента и перемешивая смесь после каждой до­бавки. Титрование прекратить при первом помутнении смеси после очередного взбалтывания, так как причиной помутне­ния является образование капель второй жидкой фазы.

Таблица 4.3

№ набора	Компоненты
А	B	C
1	ацетон	ксилол	Вода
2	этиловый спирт	н-октан	Вода
3	этиловый спирт	н-гептан	Вода
4	пропиловый спирт	н-октан	Вода
5	изопропиловый спирт	н-октан	Вода
6	пропиловый спирт	н-гептан	Вода
7	изопропиловый спирт	толуол	Вода

6.  Записать в табл. 4.4 количество добавленного компонента в числе капель и в миллилитрах, после чего рассчитать его содержание в об %. Например для добавленного B об.%B= 100·VB/(10+VB)