Stanovení křivky rozpustnosti fenol-voda. 3. laboratorní cvičení

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "Stanovení křivky rozpustnosti fenol-voda. 3. laboratorní cvičení"

Pavel Marek
před 5 lety
Počet zobrazení:

1 Stanovení křivky rozpustnosti fenol-voda 3. laboratorní cvičení Mgr. Sylvie Pavloková Letní semestr 2016/2017

2 Cíl pochopení základních principů fázové rovnováhy heterogenních soustav základní principy při destilaci kapalin fázové systémy rozlišujeme na homogenní a heterogenní homogenní systém: vlastnosti ve všech částech systému stejné (př. uvnitř kapaliny nebo krystalu, dvě neomezeně mísitelné kapaliny) heterogenní systém: skládá se z více homogenních fází, oddělených ostrým rozhraním, kde se vlastnosti mění skokem (př. povrch kapaliny na rozhraní olej/voda či voda/vzduch, povrch krystalu jako fázové rozhraní s/g)

3 pojem fáze je blízký pojmu skupenství, ale je obecnější př. látka se může vyskytovat v jednom skupenství, ale v různých fázích (lišících se např. krystalovou stavbou) plynné skupenství: tvořené vždy jednou fází (plyny jsou neomezeně mísitelné) kapalné skupenství: tvořené jednou či více fázemi mísitelné kapaliny, nemísitelné kapaliny, omezeně mísitelné kapaliny (př. olej-voda = 2 fáze) pevné skupenství: pevnou látku tvoří vždy samostatná fáze; platí to i pro různé krystalové modifikace stejné látky (př. síra jednoklonná a kosočtverečná = 2 fáze)

4 Fázové rovnováhy heterogenních soustav lze je charakterizovat Gibbsovým zákonem fází = k f + 2 (ný) je počet stupňů volnosti vyjadřuje, kolik stavových veličin můžeme měnit, aby počet fází zůstal zachován (p, T, c x a,b ) k je počet složek (čistá látka, chemické individuum; pokud neuvažujeme chemickou reakci mezi složkami) f je počet fází (homogenní část soustavy, oddělená od ostatních fází rozhraním, v němž se vlastnosti mění skokem)

5 Neomezeně mísitelné kapaliny (ideální kapaliny) ideální směsí kapalin rozumíme, že celkový tlak soustavy je lineární funkcí složení kapalné fáze ve fázovém diagramu úsečka Daltonův zákon p = p a + p b celkový tlak par nad roztokem p se rovná součtu parciálních tlaků par složek a + b nad roztokem Raoultův zákon p a = p a0 x a parciální tlak par p a dané složky nad roztokem je úměrný jejímu molárnímu zlomku v roztoku x a a tlaku nasycených par čisté složky (nad čistou složkou a) p a0 vyjadřuje snížení tenze par nad roztokem netěkavé látky

Fázový diagram slouží k popisu fázové rovnováhy (kapalina plyn) v dvousložkové soustavě neomezeně mísitelných kapalin grafické vyjádření závislosti mezi

6 Fázový diagram slouží k popisu fázové rovnováhy (kapalina plyn) v dvousložkové soustavě neomezeně mísitelných kapalin grafické vyjádření závislosti mezi proměnnými určujícími rovnovážný stav soustavy, tj. mezi p, T a c x a,b izotermický: T = konst., mění se p a x a,b izobarický: p = konst., mění se T a x a,b

7 Izotermický fázový diagram, T = konst. p Daltonův zákon p = p a + p b kapalina p b0 p a0 p b plyn p a 1 0 x a = 0,8 x b = 0,2 A B 0 1 x

8 Izotermický fázový diagram, T = konst. p Daltonův zákon p = p a + p b kapalina kapalina + plyn plyn 1 A 0 x 0 B 1

9 Izobarický fázový diagram, p = konst.

10 Př. Benzen - toluen tlak par nad čistým toluenem je malý v porovnání s tlakem par benzenu toluen je méně těkavý a má proto vyšší bod varu izotermický fázový diagram izobarický fázový diagram

11 Záporná odchylka od Raoultova zákona př. chloroform aceton (vodíkové můstky) odchylka nelineární závislost mezi složením kapalné fáze a celkovým tlakem par nad roztokem interakce molekul systému složek A-B jsou silnější a energeticky výhodnější než interakce mezi čistými látkami vzniká tedy záporná odchylka na izotermickém diagramu

12 Záporná odchylka od Raoultova zákona izotermický diagram: minimum (= záporná odchylka) izobarický diagram: maximum, vzniká azeotropická směs složky nelze oddělit destilací směs vře při vyšší teplotě než jednotlivé složky - azeotropická směs zůstává v destilační baňce T = konst p = konst maximum plyn kapalina p b0 T a0 l + g Tb0 p a0 l + g kapalina záporná odchylka plyn

13 Kladná odchylka od Raoultova zákona př. sirouhlík aceton, ethanol voda interakce mezi čistými látkami silnější než mezi složkami systému složky se snaží ze systému vytěkat, proto pozorujeme kladnou odchylku od Raoultova zákona celkový tlak nad směsí je vyšší vzniká tedy kladná odchylka na izotermickém diagramu

14 Kladná odchylka od Raoultova zákona izotermický diagram: maximum (= kladná odchylka) v izobarickém diagramu pozorujeme minimum směs vře při nižší teplotě než jednotlivé složky T = konst p = konst kladná odchylka kapalina plyn p b0 T a0 l + g p a0 l + g T b0 plyn minimum kapalina

15 kapaliny bez odchylky od RZ Destilace při dané teplotě páry odcházejí do chladiče, kde kapalní při nižší teplotě destilace získáme zkapalněním frakci s převahou těkavější látky pokud tuto frakci z jímací baňky odejmeme a znovu předestilujeme, zvýší se opět obsah složky B (tzv. frakční destilace) kapalina vře při teplotě, při které se tlak nasycených par nad kapalinou rovná okolnímu tlaku

Destilace kapaliny se zápornou odchylkou od RZ v jímací baňce získáme malé množství látky (dle množstevní převahy) v destilační baňce zůstane azeotropická směs

16 Destilace kapaliny se zápornou odchylkou od RZ v jímací baňce získáme malé množství látky (dle množstevní převahy) v destilační baňce zůstane azeotropická směs kapaliny s kladnou odchylkou od RZ v jímací baňce získáme azeotropickou směs v destilační baňce zůstane jedna ze složek (ta, které je více oproti složení v azeotropickém bodu)

17 př. fenol voda Omezeně mísitelné kapaliny rozlišujeme tři typy diagramů omezeně mísitelných kapalin 1. s horní kritickou rozpouštěcí teplotou nad ní jsou roztoky neomezeně mísitelné př. fenol-voda f f

18 Omezeně mísitelné kapaliny 2. s dolní kritickou rozpouštěcí teplotou vznikají rozpustné asociáty, uplatňují se vodíkové můstky, které zvýšením teploty disociují př. voda aminoalkoholy (triethylamin) 3. s horní i dolní kritickou rozpouštěcí teplotou př. nikotin - voda

Podobné dokumenty

Fázové heterogenní rovnováhy Fáze = homogenní část soustavy, oddělná fyzickým rozhraním, na rozhraní se vlastnosti mění skokem

Fázové heterogenní rovnováhy Fáze = homogenní část soustavy, oddělná fyzickým rozhraním, na rozhraní se vlastnosti mění skokem Rovnováha Tepelná - T všude stejná Mechanická - p všude stejný Chemická -