ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Двухкомпонентные системы с ограниченной растворимостью в жидком состоянии и полной нерастворимостью в твердом состоянии (система фенол — вода) Изучение взаимной растворимости жидкостей из "Практикум по физической химии" Изучение взаимной растворимости жидкостей показало, что не все жидкости могут в одинаковой степени смешиваться друг с другом. Может быть ограниченная растворимость, которая наблюдается лишь 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 работа перехода, тем меньше, в соответствии с законом распределения Максвелла, будет доля молекул, способных осуществить эту работу, и тем меньше будет растворимость одной жидкости в другой. Наличие работы перехода и ограниченной растворимости связано с неодинаковой интенсивностью межмолекулярных взаимодействий у двух жидкостей. [c.273] Подлежащая изучению система фенол — вода схематически изображена на рис. 121. Точки а и б отвечают температурам плавления фенола и льда. Кривые аВ и ВЭ отвечают процессу кристаллизации фенола при охлаждении. Кривая бЭ соответствует процессу кристаллизации льда. Кривая БКВ — кривая расслоения левая ее ветвь выражает состав фенольного раствора правая ветвь — водного раствора. Над кривой аВКВЭб устойчивая жидкая фаза. Области соответствуют аБг — смеси фенола с фенольным раствором, БКВ — смеси фенольного и водного растворов. гВЭй — смеси фенола с фенольным раствором, Эбе— смеси льда с водным раствором. Ниже изотермы дЭе — область смеси кристаллического фенола и льда. Диаграмму эту можно рассматривать как диаграмму неизоморфной смеси, усложненную наличием области ограниченной растворимости. [c.274] Точка 1. Охлаждение фенола ведет к его кристаллизации в точке а (если не будет переохлаждения). При в соответствии с уравнением правила фаз система будет обладать одной степенью свободы. Поэтому происходит понижение температуры. При появляется твердый фенол система становится инвариантной, что отвечает температурной остановке, длительность которой зависит от количества фенола и от скорости отвода тепла (отвердевание фенола). В момент исчезновения последней капли жидкого фенола система вновь станет одновариантной, а температура вновь будет понижаться, так как с исчезновением жидкой фазы исчерпался и источник теплоты. Процесс охлаждения воды (точка 10 и кривая охлаждения 10) аналогичен рассмотренному. [c.275] Появление третьей фазы в соответствии с правилом фаз знаменует превращение системы из одновариантной в инвариантную, т. е. приводит к температурной остановке (см. кривую охлаждения 2). [c.275] От фенольного раствора отделяются фенол и вода в пропорции, отвечающей точке Б, образуя водный раствор состава В, а избыток фенола выделяется в твердом виде. Таким образом, по мере отвода теплоты раствор Б постепенно разрушается, распадаясь на твердый фенол и раствор В, т. е. равновесие. [c.275] Точка системы, отвечающая суммарному составу жидких фаз, перемещается от точки Б к точке В, и если в данное мгновение она занимает положение М, то это значит, что соотношение между образующимися и исчезающим растворами равно отношению отрезка Бм к отрезку мВ. [c.276] В точке В в рассматриваемой системе исчезает последняя капля фенольного раствора, температура опять начинает понижаться, и фенол выделяется из водного раствора, т. е. возобновляется процесс, протекавший по кривой аБ и прерванный из-за наличия области БКВ. При достижении раствор будет насыщенным не только фенолом, но и водой, т. е. начнется кристаллизация эвтектики Э без изменения состава жидкой фазы. Появление льда (третья фаза) вновь приводит к температурной остановке. После замерзания последней капли жидкости температура будет падать без каких-либо изменений в системе. Длины отрезков на кривой охлаждения, отвечающих температурным остановкам как для состава 2, так и для состава 3, 4 и 5 (см. ниже), приняты пропорциональными количеству кристаллизующегося вещества. Последнее легко определить, исходя из общего количества первоначально взятой смеси и положения точек Б,В и м. [c.276] Точка 3. При охлаждении до га в системе одна фаза. В точке раствор начинает распадаться на твердый фенол и раствор В. Дальнейшие изменения уже рассмотрены в связи с анализом охлаждения смеси состава 2. [c.276] Так как в смеси 3 воды содержится больше, чем в смеси 2 и так как до гн фенол не выпадает, то при прочих равных условиях длительность температурных остановок на кривой охлаждения будет большая, чем для состава 2. [c.276] Точка 4. При охлаждении раствора 4 он при tz начнет распадаться на водный и фенольный растворы, при появится твердый фенол и т. д. На кривой охлаждения момент расслоения вследствие незначительности теплового эффекта почти незаметен. [c.276] Точки 5—7. Процессы охлаждения этих растворов могут специально не рассматриваться. Первый из них аналогичен охлаждению раствора 4] процессы охлаждения растворов 6 н7 повторяют заключительную стадию процессов охлаждения растворов 2—5 (начиная соответственно с точек В и п). Разница будет заключаться в том, что иными будут температуры расслоения, соотношение между фазами и длительность температурных остановок. [c.276] Точка 8. и (точка Э) будет происходить одновременная кристаллизация фенола и воды и образуется эвтектическая смесь. [c.276] Точка 9. Из раствора в точке О начнет кристаллизоваться лед в точке Э затвердевание компонентов происходит одновременно, т. е. кристаллизуется весь оставшийся раствор. [c.276] Для изучения взаимной растворимости используют метод В. Ф. Алексеева. Этот метод заключается в том, что приготовляют ряд ампул с известным содержанием обоих исследуемых веществ и запаивают их. Ампулы помещают в жидкостную баню, температуру которой ностепенно повышают, и непрерывно встряхивают ампулы для перемешивания смеси. Определяют ту температуру, при которой система становится однородной. Проверяют найденные значения температуры, медленно охлаждая систему до появления второй жидкой фазы (помутнение содержимого ампулы). Разница между показаниями термометра не должна превышать 1°. Среднее из полученных значений дает температуру, при которой исследуемые вещества растворимы друг в друге в том отношении, в котором они были взяты. [c.277] Для проведения работы можно взять набор пронумерованных пробирок, содержащих смеси фенола и воды, различного состава. Составы смеси и рекомендуемая температура среды, в которую погружают пробирки с испытуемыми веществами, указаны в табл. 1Х,1. [c.277] Каждую пробирку следует снабдить термометром, причем для составов П—15 желательно иметь точные термометры, охватывающие температурный интервал от +5 до —5° С. [c.277] Работа проводится следующим образом. Нагревают водяную баню примерно до температуры 70° С и поочередно погружают в нее пробирки с двумя жидкими слоями. Температуру содержимого пробирки контролируют по находящемуся в нем термометру. При непрерывном встряхивании отмечают температуру, при которой мутноватая смесь внезапно становится прозрачной. Затем, охлаждая жидкость, отмечают температуру, при которой она вновь становится мутной. Повторяют опыт с той же смесью несколько раз и находят среднее значение температуры. То же самое делают и с другими смесями. Найденные таким путем температуры будут температурами, при которых оба компонента растворяются друг в друге в той пропорции, в которой они содержатся во взятой для опыта пробирке. [c.277] Затем экспериментальные данные обрабатывают графически. Наносят на оси абсцисс состав (весовой процент фенола или воды), а на оси ординат — температуру (среднюю), отвечающую равновесию соответствующих фаз. Можно для изучения взаимной растворимости фенол — вода использовать прибор, который изображен на рис. 122. Для исследования необходимо взять навеску 25—30 г фенола и поместить ее в прибор 1, куда уже должна быть опущена мешалка. Прибор 1 заключен в стеклянную рубашку 2, куда из водопровода через медный змеевик, нагреваемый газовой горелкой, поступает вода. Циркуляцией воды достигается нагрев или охлаждение смеси исследуемого состава. Температура фиксируется термометром 3, который закреплен в пробке и опущен в исследуемую смесь. Смесь в продолжение всего опыта перемешивается электромагнитной мешалкой 4. Работу производят следующим образом помещенную в прибор 1 навеску фенола нагревают и с помощью термометра 5 Ъпределяют температуру исчезновения последнего кристалла затем в сосуд 1 из бюретки приливают 2—3 мл воды, смесь охлаждают и повторяют нагрев до исчезновения последнего кристалла и записывают эту температуру, затем вновь приливают из бюретки 2—3 мл воды и повторяют вышеописанные операции и т. д. [c.278] Опытные данные сводятся в табл. IX, 3. [c.279] Вернуться к основной статье