1 ФАЗОВЫЕ РАВНОВЕСИЯ В ДВУХКОМПОНЕНТНЫХ СИСТЕМАХ Равновесие жидкость - жидкость Лекция 3

2 1. Растворимость двойных жидких систем Не все жидкости в одинаковой степени могут смешиваться друг с другом. По растворимости жидкости разделяют на три группы: 1.Жидкости, неограниченно растворимые друг в друге 2. Жидкости, практически нерастворимые друг в друге 3. Жидкости, ограниченно растворимые друг в друге Анилин – вода Вода – керосин Вода – ртуть

3 2. Жидкости с ограниченной взаимной растворимостью 1. Ограниченная взаимная растворимость двух жидкостей наблюдается в системах со значительными отклонениями от идеальности. 2. Равновесная смесь А и В в этом случае состоит из двух жидких фаз: насыщенного раствора А в растворителе В (фаза I) и насыщенного раствора В в А (фазаII).

4 Три типа диаграмм для ограниченно растворимых жидкостей: а) диаграмма состояния системы с верхней критической температурой расслаивания; б) диаграмма состояния системы с нижней критической температурой расслаивания; в) диаграмма состояния системы с верхней и нижней критическими температурами расслаивания. а)б)в)

5 Системы с верхней критической температурой расслаивания О К М Кривая ОКМ – кривая расслоения - показывает состав жидких фаз (слоев), находящихся в равновесии при заданной температуре. Точка К – верхняя критическая температура расслаивания Выше точки К, жидкости А и В смешиваются в любых соотношениях. Состав смеси в точке К – критический состав.

6 О К М I (ф=1) II (ф=2) Все точки области I – характеризуют систему, состоящую из одной жидкой фазы (система не расслаивается) Все точки области II – характеризуют систему, состоящую из двух жидких фаз, находящихся в равновесии (система расслаивается) 3 4

7 О К М Анализ диаграммы расслаивающихся жидкостей 1)Состав исходной смеси (т. а): ω А = 2%, ω В = 98% при Т = С система гомогенна а 2) В т. в - насыщенный раствор В в А (но система все еще гомогенна, ф=1) 3) В т. с – система гетерогенна, содержит два слоя (фазы): Слой I – в нем больше А, меньше В; Слой II – в нем меньше А, больше В. 4) В т. d – система гетерогенна, содержит два слоя (фазы): Слой I – в нем больше А, меньше В; Слой II – в нем меньше А, больше В. 5) В т. f – насыщенный раствор А в В (система опять гомогенна) всdf

8 О К М Определение состава равновесных слоев вес Если система двухфазна (т. с), то: т. в – характеризует состав (в ω) слоя I (насыщенного раствора В в А); т. f – характеризует состав (в ω) слоя II (насыщенного раствора А в В). Состав слоя I: ω В = 90%, ω А = 10% Состав слоя II: ω В = 86%, ω А = 14% Состав слоя I Состав слоя II

О К М Определение массы равновесных слоев вес Состав слоя I Состав слоя II Если известна масса всей системы М, то можно определить массу каждой фазы по правилу рычага: где m 1 – масса слоя I, m 2 – масса слоя II, вс, сf – длины отрезков bc и cf.

10 (1) (2) Выразим m 1 из (2) и подставим в (1), получим: Далее вычисляем m 2, полученное значение подставляем в (2) и находим m 1.

11 Важные особенности расслаивающихся систем: при данной температуре составы отдельных равновесных слоев остаются неизменными, изменяется только их количественное соотношение (масса) при изменении температуры взаимная растворимость жидкостей А и В изменяется, следовательно изменяется состав и массы слоев

12 Ф=1 Ф=2 К Системы с нижней критической температурой расслаивания Точка К – нижняя критическая температура расслаивания. Взаимная растворимость жидкостей А и В увеличивается при уменьшении температуры.

13 Системы с верхней и нижней критической температурой расслаивания Точка К 2 – нижняя критическая температура расслаивания. Точка К 1 – верхняя критическая температура расслаивания. Взаимная растворимость жидкостей А и В увеличивается как при уменьшении, так и при увеличении температуры. К1К1 К2К2 Ф=1 Ф=2

14

15 Если на равновесие трехкомпонентной системы влияют Т и Р, то: С = 3 – ф + 2 = 5 - ф Вывод: 1. ф max = 5 = > с = 0 2. ф min = 1 = > с = 4 Трехкомпонентную систему рассматривают при Т, Р = const и строят плоские треугольные диаграммы состава. Диаграмму изображают в виде равностороннего треугольника, который называют концентрационным, на сторонах которого откладывают содержание компонентов.

16 Изображение состава трехкомпонентной системы Линии и точки характеризуют: 1. Вершины треугольника (А, В, С) – соответствуют составу чистых компонентов; 2. Точки на сторонах треугольника (АВ, ВС, АС) – соответствуют двухкомпонентным системам; 3. Точки внутри треугольника – отражают состав трехкомпонентной системы; 4. Точки на прямой || какой-либо стороне – отражают состав компонента, противолежащего данной стороне. Определить состав системы в точке К: А В С К 1. Содержание компонента С: К 1 К 2 || АВ = > 38% 2. Содержание компонента В: К 3 К 4 || АС = > 42% 3. Содержание компонента А: К 5 К 6 || ВС = > 20% или по ф-ле: А = 100 – (В+С) = 100 – (38+42) = 20% К1К1 К2К2 К3К3 К4К4 К5К5 К6К6

17 Система из двух взаимно нерастворимых жидкостей и третьего компонента, ограниченно растворимого в обеих жидкостях Если какое-либо вещество растворимо в двух несмешивающихся жидкостях, то при его растворении, оно само распределяется между ними. Это соотношение определяется Законом распределения отношение концентраций третьего компонента в двух равновесных жидких фазах при Т=const является величиной постоянной ОПРЕДЕЛЕНИЕ

18 I2I2 Н2ОН2О CCl 4 I2I2 I2I2 Закон распределения [I 2 (CCl 4 )] - концентрация иода в CCl 4, [I 2 (H 2 O)] - концентрация иода в H 2 O, К - коэффициент распределения иода Закон распределения выполняется при условии: концентрация 3-го компонента невелика; размеры частиц 3-го компонента в обеих фазах одинаковы (нет процессов диссоциации и ассоциации); введение 3-го компонента не вызывает изменения взаимной растворимости жидкостей.

19 Н 2 О (V, см 3 ) I 2 (m, г) Н 2 О – первый растворитель, I 2 – растворенное вещество, которое нужно извлечь из раствора, CS 2 – второй растворитель (экстрагент). CS 2 не смешивается с водой и в нем I 2 растворяется лучше. CS 2 Экстракция – процесс извлечения растворенного вещества из раствора при помощи другого растворителя (экстрагента), несмешивающегося с первым, но в котором вещество растворяется лучше. ОПРЕДЕЛЕНИЕ

20 Простейший способ экстракции из раствора однократная или многократная промывка экстрагентом в делительной воронке. Легкая фаза Тяжелая фаза Граница раздела Кран m – масса вещества, извлеченного из водного слоя, г; m 0 – масса вещества в исходном водном растворе, г; V – объем водного раствора, из которого проводится экстракция, дм 3 ; ν – объем экстрагента, которым проводят экстракцию, дм 3 ; n – число стадий экстракции.

21 Полнота извлечения вещества из раствора будет больше: если экстракцию проводить многократно небольшими порциями экстрагента.