Лабораторный практикум по физической химии (стр. 12 )

7.  Построить диаграмму растворимости по эксперименталь­ным данным, отмечая на треугольнике Гиббса-Розебома составы, соответствующие началу расслоения смеси. Для этого использовать следующий прием: на стороне АВ отметить точкой 1 состав первой смеси, содержащей 30% А и 70% В. Полученную точку соединить прямой с вершиной С, и на этой линии отметить точкой найденный титрованием об.% С. Таким же образом отметить на треугольнике Гиббса-Розембома составы всех остальных полученных титрованием насыщенных растворов (см. рис.4.6).

Таблица 4.4

VА, мл	VB, мл	VC, мл	Количество добавленного компонента	0б.% А в бинарной смеси	Об.% добавленного компонента (B или C)
в каплях	в мл
3	7				30
4	6				40
5	5				50
6	4				60
7	3				70
3		7			30
4		6			40
5		5			50
6		4			60
7		3			70	——

8.  Соединить полученные точки линией и написать внутри каждой из двух областей диаграммы число фаз, находящихся в равновесии в данной области.

Рис. 4.6. Построение диаграммы растворимости.

9.  В короткой пробирке составить смесь, состав которой находится в двухфазной области.

10.  Отобрать из пробирки шприцем и сделать хроматографи­ческий анализ верхней и нижней частей расслоившейся на две жидкости системы. Найти эти два состава на диаграмме растворимости, соединить их нодой. Продлить ноду до пересечения с продолжением стороны BC и построить еще 5 нод диаграммы (см. рис. 4.5).

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ.

Перед выполнением работы

1.  Как изображаются составы трехкомпонентных систем по методу Гиббса-Розебома?

2.  Какому условию отвечают составы, лежащие на прямой, проходящей через одну из вершин треугольника?

3.  Какой вид имеет диаграмма растворимости трех жидкостей?

4.  Как определить начало образования второй жидкой фазы?

5.  Как рассчитать объемный процент каждого компонента в смеси?

6.  Как построить линию предельной растворимости трех жидкостей?

К защите работы

1.  Назовите компоненты и фазы в изучаемой вами системе.

2.  Чем отличаются две части диаграммы, разделенной линией предельной растворимости?

3.  Определите число степеней свободы для обеих областей диаграммы. Какие параметры можно менять в данной системе для реализации этих степеней свободы?

4.  Какое максимальное число фаз может быть в трехкомпонентной системе при постоянных температуре и давлении?

Свойства разбавленных растворов

Раствором называется термодинамическая система, состоящая не менее чем из двух компонентов, любая часть которой имеет одинаковый состав и химические свойства. Тот компонент, который присутствует в большем количестве, обычно называется растворителем, другие — растворенными веществами. При растворении в жидкости газа или твердого вещества растворителем принято считать жидкость. Если раствор образован двумя компонентами, то он называется бинарным раствором.

Наиболее простым закономерностям подчиняются идеальные растворы, образуемые веществами, сходными по химическому составу и физическим свойствам. Отклонения от идеальности вызываются как химическими (ассоциация, химические взаимодействия и др.), так и физическими (различия молекулярных силовых полей) факторами.

Свойствами идеального раствора (за некоторыми исключениями) не обладает ни один реальный раствор, однако, бесконечно разбавленные растворы, т. е. такие, для которых количеством растворенного вещества по сравнению с количеством растворителя можно пренебречь, практически ведут себя как идеальные смеси.

В растворах электролитов наблюдаются отклонения от свойств идеальных растворов вследствие электролитической диссоциации (суммарное число частиц в растворе электролита выше, чем в растворе неэлектролита).

Для того, чтобы законы, выведенные для идеальных растворов, можно было использовать для растворов электролитов, вводится поправочный коэффициент —изотоноческий коэффициент Вант-Гоффа (i), показывающий во сколько раз изменяется фактическое число частиц в растворе вследствие диссоциации. Изотонический коэффициент определяется по уравнению

, (4.1)

где a - степень диссоциации, n - фактическое число частиц, образующихся при диссоциации из одной молекулы электролита: для растворов электролитов i>1, для растворов неэлектролитов i=1 и для веществ, ассоциирующих в соответствующих растворителях i<1, (например, бензойная кислота С6Н5СООН в бензоле С6Н6).

Свойства идеального разбавленного раствора из нелетучего вещества в летучем растворителе при постоянной температуре определяется законом Рауля: давление пара растворителя р1 над раствором пропорционально мольной доле растворителя х1:

(4.2)’

или в другой форме – относительное понижение давления пара растворителя над раствором равно мольной доле растворенного вещества х2:

(4.2)"

где - давление пара над чистым растворителем.

Для учета отклонения от идеальности правые части уравнений (4.2)’, (4.2)" следует умножить на i.

понижение ТЕМПЕРАТУРы КРИСТАЛЛИЗАЦИи

РАСТВОРителя в растворе

Температурой кристаллизации раствора называется температура, при которой раствор данного состава находится в равновесии с чистым твердым растворителем.

Криоскопией называется физико-химический метод изучения температур кристаллизации растворов. Если растворенное вещество и растворитель не образуют твердого раствора, то температура кристаллизации раствора ниже, температуры кристаллизации чистого растворителя. Понижение температуры кристаллизации (DТк), соответствующее понижению давления пара растворителя, определяется по формуле

, (4.3)

где Т0,1 – температура кристаллизации растворителя, Т1­ – температура кристаллизации растворителя из раствора, – мольная энтальпия плавления растворителя, R – газовая постоянная, выраженная в соответствующих единицах.

Рассматривая понижение температуры кристаллизации, концентрацию растворенного вещества обычно выражают моляльной концентрацией (m2). В предельно разбавленных растворах между моляльной концентрацией и мольными долями существует связь, которую можно выразить по формуле

, 4.4

где М1 – молярная масса растворителя, n1 и n2 – числа молей растворителя и растворенного вещества, соответственно. Объединяя формулы (4.3) и (4.4) можно записать:

, 4.5

, 4.6

где К1 – криоскопическая постоянная растворителя или моляльное понижение температуры замерзания раствора.

Из формул (4.5) и (4.6) следует, что понижение температуры кристаллизации разбавленных растворов зависит только от природы растворителя и определяется концентрацией растворенного вещества.

Если навеска g2­ вещества с молекулярной массой М2 растворена в массе g1 растворителя, то уравнение (4.5) для практических расчетов можно представить в виде

4.7

Количественная связь между понижением температуры кристаллизации раствора и его концентрацией лежит в основе некоторых методов исследования растворов, в частности

¨  определения моляльной концентрации раствора неэлектролита,

¨  определения молекулярной массы растворенного вещества,

¨  определения изотонического коэффициента.

Замерзание растворов

На рис.4.7 изображена временная зависимость температуры кристаллизации чистой воды (а) и разбавленного раствора соли (б).

б

Рис. 4.7 Кривые охлаждения чистой воды (а)и разбавленного раствора (б)

0

d

c

Вода постепенно охлаждается (участок ab на рис.4.7а) до температуры более низкой чем 0° (переохлаждение воды), затем тепература скачкообразно повышается до 0° и сохраняется постоянной (участок cd), пока вся вода не замерзнет. Понижению температуры воды препятствует выделение скрытой теплоты кристаллизации льда.