Изучение взаимной растворимости жидкостей

ЦЕЛЬ РАБОТЫ:

Содержание работы

Изучение взаимной растворимости жидкостей показало, что не вое жидкости могут в одинаковой степени смешиваться друг с другом. Ограниченная растворимость наблюдает­ся в том случае, если переход молекул через поверхность раздела сопряжен с совершением работы, заметно превышаю­щей среднюю энергию движения молекул жидкостей при данных условиях. Чем больше будет работе перехода, тем меньше бу­дет молекул, способных осуществить эту работу, и тем меньше будет растворимость одной жидкости в другой. Величина работы перехода, а следовательно, и растворимость компонен­тов зависят от их интенсивности межмолекулярных взаимодействий.

Давление пара над идеальным  раствором подчиняется за­кону Рауля, согласно которому парциальное давление пара компонента над раствором равно произведению давления пара чистого компонента на его мольную долю в растворе.

P_A = P_A⁰ * N_A ,              (1)

P_B = P_B⁰ * N_{B  ,}

отвечающее уравнению прямой (рис.1)

Рис. 1.  Давление пара системы А - В

1 - 2 - изменение парциальных давлений компонентов А и В для случаям образования ими идеальных растворов. 3 - 4 - изменение парциальных давлений компонентов А и В для случая отрицательных отклонений их от закона Рауля.

5 - 6 - изменение парциальных давлений компонентов А и В для случая положительных отклонений их от Закона Рауля.

Отклонения от идеальности обусловлены как физически­ми, так и химическими причинами (дипольные взаимодейст­вия, поляризация, различная интенсивность ван-дер-ваальсовых сил, ассоциация, диссоциация, сольватация и др.). Все эти взаимодействия настолько переплетаются, что  трудно предугадать суммарный результат. Однако благодаря преоб­ладанию одной из форм взаимодействия, можно произвести классификацию растворов по признаку отрицательного или положительного отклонения от законов Рауля. Если силы взаи­модействия между однородными частичками А - А и В - В меньше, чем разнородными А - В, то есть, F_A-A < F_A-B> F_B-B то имеется стремление к взаимодействию компонентов, кото­рое вызывает повышение растворимости. Образование раствора   ' сопровождается выделением тепла. Поэтому теплота парооб­разования компонента из раствора оказывается большей, чем чистого компонента. Затруднение парообразования означает понижение давления пара. В этом случае говорят  об отри­цательном отклонении от закона Рауля (рис.1,кривые 3-4). Образования раствора, как правило, сопровождается умень­шением объема. Если силы взаимодействия между однородны­ми частичками А - А и В - В больше, чем разнородными А - В, т.е. если F_A-A < F_A-B> F_{B-B ,} то  процесс растворения сопровождается поглощением тепла.  Это приводи к умень­шению  теплоты парообразования, т.е. облегчает испарение. Если одинаковые молекулы стремятся к ассоциации, то рас­творимость, по сравнению с идеальной (рассчитанной по за­кону Рауля), понижается. Образование раствора, как прави­ло, сопровождается увеличением объема. В этом случае го­ворят о положительном отклонении от закона Рауля (рис.1, кривые 5,6).

Весьма значительное положительное отклонение от за­кона Рауля приводит к нарушению гомогенности - обе жид­кости оказываются растворимыми до определенного предела.

При очень больших положительных отклонениях от зако­на Рауля бинарные смеси образуют гомогенную систему толь­ко в определенных соотношениях. Добавление первой жидкос­ти ко второй при постоянной температуре до определенной концентрации вызывает образование насыщенного раствора первого компонента. То же наблюдается при добавлении второй жидкости к первой. Таким образом, смещение двух жид­костей в любых соотношениях с образованием насыщенных растворов дает трехфазную равновесную систему, состоящую из двух несмешивающихся равновесных растворов и насыщен­ного пара над ними постоянного состава. Такие системы характеризуются равенством химических потенциалов каждого компонента во всех фазах.

Основные закономерности  в отношении взаимной раствори­мости веществ были установлены Алексеевым. Область сосу­ществования двух жидких фаз при различных температурах можно представить в виде зависимости температуры раство­рения от состава насыщения растворов при постоянном давлении на примере системы фенол-вода или анилин-вода (рис 1). При температуре  t₁ точки Q и K , соединенные коннодой, отвечают составу равновесных иди сопряженных