Термодинамика. Растворы: Методические указания к лабораторным работам по курсу «Физическая химия», страница 15

3. Чему равно число степеней свободы системы, состоящей из двух несмешивающихся индивидуальных жидкостей и распределенного между ними третьего вещества?

4. В каком случае по результатам опытов можно говорить о независимости коэффициента распределения от состава раствора?

5. В условиях задачи требуется очистить изоамиловый спирт от уксусной кислоты при помощи 1 литра воды. Коэффициент распределения равен 1. Как выгоднее ее использовать для этой цели: залить ли ее всю в делительную воронку сразу или отдельными порциями?

6. Изменится ли коэффициент распределения, если между двумя несмешивающимися фазами поместить третью фазу?

7. В чем состоит практическое значение определения коэффициента распределения вещества в двух несмешивающихся жидкостях?

Работа № 5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРЦИАЛЬНО-МОЛЯРНЫХ ОБЪЕМОВ КОМПОНЕНТОВ БИНАРНОГО РАСТВОРА

В данной работе изучается зависимость парциально-молярных объемов компонентов раствора "вода - этиловый спирт" от химического состава.

Подготовка к работе требует усвоения следующих разделов теоретического курса: понятие парциально-молярного свойства компонента раствора, уравнение Гиббса-Дюгема и следствия из него, идеальные растворы и причины отклонений от свойств идеальных растворов в реальных системах.

Теоретические сведения

Любое экстенсивное свойство раствора при фиксированных температуре и давлении зависит от числа молей компонентов, составляющих раствор. Так, для бинарного раствора экстенсивное свойство  является функцией внешних параметров  и чисел молей  , то есть

Полный дифференциал свойства может быть выражен через частные производные   и приращения независимых переменных. Поэтому при постоянных :

Частную производную экстенсивного свойства раствора  по числу молей данного компонента при постоянных  и числах молей остальных компонентов называют парциально-молярным свойством компонента. То есть парциально-молярное свойство это приращение общего молярного свойства раствора, получающегося в результате добавления в раствор заданного состава бесконечно малого количества растворенного вещества при p, T = const и постоянном составе раствора, пересчитанное на 1 моль растворенного вещества:

Представим уравнение (52) в виде

или для многокомпонентного раствора:

Парциально-молярные свойства компонентов раствора зависят от  и химического состава, причем их изменения взаимно связаны. Эта связь при  устанавливается уравнением Гиббса-Дюгема

В случае бинарного раствора уравнение (55) может быть записано в форме

Из уравнения (57) следует, что приращения свойств  и противоположны по знаку, то есть, если с увеличением концентрации одного из компонентов его парциально-молярное свойство растет, то для другого оно обязательно уменьшается. Анализ уравнения (57) показывает также, что интенсивнее с составом раствора меняется свойство компонента, концентрация которого в растворе меньше.

В данной лабораторной работе исследуются парциально-молярные свойства раствора на примере определения парциально-молярных объемов компонентов бинарного раствора, то есть общее молярное свойство z – это молярный объем Vm. И применяя приведенные выше выражения для системы «вода-спирт» получим:

Уравнение Гиббса-Дюгема для парциально-молярных объемов компонентов бинарного раствора:

Поскольку любое свойство раствора складывается аддитивно из парциально-молярных свойств компонентов, то мольный объем бинарного раствора

В этом выражении  - мольные доли компонентов, равные отношению числа молей данного компонента к общему числу молей всех компонентов раствора.

Часто для определения величин    компонентов бинарного раствора используют графический   метод, требующий знания зависимости мольного свойства      от мольной доли   одного из компонентов.