|
INSTYTUT INŻYNIERII ŚRODOWISKA UNIWERSYTET ZIELONOGÓRSKI
|
|
|
CHEMIA FIZYCZNA LABORATORIUM
|
|
II ROK INŻYNIERII ŚRODOWISKA STUDIA DZIENNE GRUPA 27 B
|
12.12.2012 TYDZIEŃ 6 |
|
RÓWNOWAGI FAZOWE W UKŁADACH WIELOSKŁADNIKOWYCH. IZOTERMA ROZPUSZCZALNOŚCI W UKŁADZIE TRÓJSKŁADNIKOWYM.
TEMAT III
AUTORZY OPRACOWANIA:
Piotr Waśkowicz Jakub Woźniak Ewa Kołoszyc
|
||
CZĘŚĆ TEORETYCZNA
Rozpuszczalność - zdolność substancji chemicznych w postaci stałej, ciekłej i gazowej do rozpuszczania się w stałej, ciekłej lub gazowej fazie dyspergującej tworząc mieszaninę homogeniczną. Rozpuszczalność danej substancji jest wyrażana najczęściej jako maksymalna ilość substancji, w którą można rozpuścić w konkretnej objętości rozpuszczalnika w ściśle określonych warunkach ciśnienia i temperatury.
Faza - jednolita część układu ograniczona - wyrażona powierzchnia od pozostałych faz posiadająca w każdym swoim punkcie takie same właściwości.
Składnik - substancja wchodząca w skład danej fazy.
Stopień swobody - parametr, który można zmieniać dowolnie nie powodując zmian w liczbie faz i składników.
Reguła Gibbsa:
n = s-f+2
gdzie: n - stopień swobody, s - ilość składników, f - ilość faz
Jeśli dwa lub więcej składników występujących w postaci cieczy miesza się ze sobą w sposób nieograniczony pod względem zawartości tych składników tworząc mieszaninę homogeniczną, to mamy doczynienia z układdem ciekłym.
Trójkąt Gibbsa jest równoboczny i dzieli się na na inne 3 podobne trójkąty. W przypadku, gdy punkt leży na krawędzi mamy doczynienia układem dwuskładnikowym, gdy punkt leży w środku jest to układ trójskładnikowy. Na krawędziach mamy czyste składniki. 2 fazy występują do momentu przekroczenia stężeń składników momentu krytycznego K, po jego przekroczeniu mamy do czynienia z 1 fazą.
Położenie izotermy rozpuszczalności zależy od temperatury.
CZĘŚĆ EKSPERYMENTALNA
Tabela 1.
L.p |
Objętość składników w mieszaninie [cm3] |
% molowe składników w mieszaninie |
||||
|
H2O |
C6H6 |
CH3OH |
H2O |
C6H6 |
CH3OH |
1. |
0,5 |
5,5 |
6,0 |
11,7 |
25,9 |
62,4 |
2. |
1,0 |
5,0 |
7,8 |
18,1 |
18,4 |
63,5 |
3. |
2,0 |
4,0 |
9,5 |
28,4 |
11,5 |
60,1 |
4. |
3,0 |
3,0 |
11,0 |
35,2 |
7,2 |
57,6 |
5. |
4,0 |
2,0 |
10,1 |
44,9 |
4,5 |
50,6 |
6. |
5,0 |
1,0 |
8,4 |
55,8 |
2,2 |
40,0 |
7. |
5,5 |
0,5 |
6,6 |
64,3 |
1,3 |
34,4 |
ρC6H6 = 0,874 g/cm³ MC6H6 = 78 g/mol
ρH2O = 0,998 g/cm3 MH2O = 18 g/mol
ρCH3OH = 0,792 g/cm³ MCH3OH = 32 g/mol
Obliczamy masę substancji z wzoru:
m = V*ρ
Masa H2O:
m1 =V1 * ρH2O = 0,5 * 0,998 [cm3 * g/cm3] = 0,499 g
m2 =V2 * ρH2O = 1,0 * 0,998 [cm3 * g/cm3] = 0,998 g
m3 =V3 * ρH2O = 2,0 * 0,998 [cm3 * g/cm3] = 1,996 g
m4 =V4 * ρH2O = 3,0 * 0,998 [cm3 * g/cm3] = 2,994 g
m5 =V5 * ρH2O = 4,0 * 0,998 [cm3 * g/cm3] = 3,992 g
m6 =V6 * ρH2O = 5,0 * 0,998 [cm3 * g/cm3] = 4,990 g
m7 =V7 * ρH2O = 5,5 * 0,998 [cm3 * g/cm3] = 5,489 g
Masa C6H6:
m1 =V1 * ρC6H6 = 5,5 * 0,874 [cm3 * g/cm3] = 4,807 g
m2 =V2 * ρC6H6 = 5,0 * 0,874 [cm3 * g/cm3] = 4,370 g
m3 =V3 * ρC6H6 = 4,0 * 0,874 [cm3 * g/cm3] = 3,496 g
m4 =V4 * ρC6H6 = 3,0 * 0,874 [cm3 * g/cm3] = 2,622 g
m5 =V5 * ρC6H6 = 2,0 * 0,874 [cm3 * g/cm3] = 1,748 g
m6 =V6 * ρC6H6 = 1,0 * 0,874 [cm3 * g/cm3] = 0,874 g
m7 =V7 * ρC6H6 = 0,5 * 0,874 [cm3 * g/cm3] = 0,437 g
Masa CH3OH:
m1 =V1 * ρCH3OH = 6,0 * 0,792 [cm3 * g/cm3] = 4,752 g
m2 =V2 * ρCH3OH = 7,8 * 0,792 [cm3 * g/cm3] = 6,178 g
m3 =V3 * ρCH3OH = 9,5 * 0,792 [cm3 * g/cm3] = 7,524 g
m4 =V4 * ρCH3OH = 11,0 * 0,792 [cm3 * g/cm3] = 8,712 g
m5 =V5 * ρCH3OH = 10,1 * 0,792 [cm3 * g/cm3] = 7,999 g
m6 =V6 * ρCH3OH = 8,4 * 0,792 [cm3 * g/cm3] = 6,653 g
m7 =V7 * ρCH3OH = 6,6 * 0,792 [cm3 * g/cm3] = 5,227 g
Obliczamy liczbę moli z wzoru:
n = m/M
Dla H2O:
n1 = m1 / MH2O = 0,499 / 18 [g / g/mol] = 0,028 mol
n2 = m2 / MH2O = 0,998 / 18 [g / g/mol] = 0,055 mol
n3 = m3 / MH2O = 1,996 / 18 [g / g/mol] = 0,111 mol
n4 = m4 / MH2O = 2,994 / 18 [g / g/mol] = 0,166 mol
n5 = m5 / MH2O = 3,922 / 18 [g / g/mol] = 0,222 mol
n6 = m6 / MH2O = 4,990 / 18 [g / g/mol] = 0,277 mol
n7 = m7 / MH2O = 5,489 / 18 [g / g/mol] = 0,305 mol
Dla C6H6:
n1 = m1 / MC6H6 = 4,807 / 78 [g / g/mol] = 0,062 mol
n2 = m2 / MC6H6 = 4,370 / 78 [g / g/mol] = 0,056 mol
n3 = m3 / MC6H6 = 3,496 / 78 [g / g/mol] = 0,045 mol
n4 = m4 / MC6H6 = 2,622 / 78 [g / g/mol] = 0,034 mol
n5 = m5 / MC6H6 = 1,748 / 78 [g / g/mol] = 0,022 mol
n6 = m6 / MC6H6 = 0,874 / 78 [g / g/mol] = 0,011 mol
n7 = m7 / MC6H6 = 0,437 / 78 [g / g/mol] = 0,006 mol
Dla CH3OH:
n1 = m1 / MCH3OH = 4,752 / 32 [g / g/mol] = 0,149 mol
n2 = m2 / MCH3OH = 6,178 / 32 [g / g/mol] = 0,193 mol
n3 = m3 / MCH3OH = 7,524 / 32 [g / g/mol] = 0,235 mol
n4 = m4 / MCH3OH = 8,712 / 32 [g / g/mol] = 0,272 mol
n5 = m5 / MCH3OH = 7,999 / 32 [g / g/mol] = 0,250 mol
n6 = m6 / MCH3OH = 6,653 / 32 [g / g/mol] = 0,208 mol
n7 = m7 / MCH3OH = 5,227 / 32 [g / g/mol] = 0,163 mol
Obliczamy masę molową mieszaniny:
Σ1 = 0,028 + 0,062 + 0,149 [mol] = 0,239 mol
Σ2 = 0,055 + 0,056 + 0,193 [mol] = 0,304 mol
Σ3 = 0,111 + 0,045 + 0,235 [mol] = 0,391 mol
Σ4 = 0,166 + 0,034 + 0,272 [mol] = 0,472 mol
Σ5 = 0,222 + 0,022 + 0,250 [mol] = 0,494 mol
Σ6 = 0,277 + 0,011 + 0,208 [mol] = 0,496 mol
Σ7 = 0,305 + 0,006 + 0,163 [mol] = 0,474 mol
Obliczamy % molowy składników mieszaniny:
% H2O:
XH2O (1) = n1 / Σ1 *100% = 0,028 / 0,239 * 100% = 11,7%
XH2O (2) = n2 / Σ2 *100% = 0,055 / 0,304 * 100% = 18,1%
XH2O (3) = n3 / Σ3 *100% = 0,111 / 0,391 * 100% = 28,4%
XH2O (4) = n4 / Σ4 *100% = 0,166 / 0,472 * 100% = 35,2%
XH2O (5) = n5 / Σ5 *100% = 0,222 / 0,494 * 100% = 44,9%
XH2O (6) = n6 / Σ6 *100% = 0,277 / 0,496 * 100% = 55,8%
XH2O (7) = n7 / Σ7 *100% = 0,305 / 0,474 * 100% = 64,3%
% C6H6:
XC6H6 (1) = n1 / Σ1 * 100% = 0,062 / 0,239 * 100% = 25,9%
XC6H6 (2) = n2 / Σ2 * 100% = 0,056 / 0,304 * 100% = 18,4%
XC6H6 (3) = n3 / Σ3 * 100% = 0,045 / 0,391 * 100% = 11,5%
XC6H6 (4) = n4 / Σ4 * 100% = 0,034 / 0,472 * 100% = 7,2%
XC6H6 (5) = n5 / Σ5 * 100% = 0,022 / 0,494 * 100% = 4,5%
XC6H6 (6) = n6 / Σ6 * 100% = 0,011 / 0,496 * 100% = 2,2%
XC6H6 (7) = n7 / Σ7 * 100% = 0,006 / 0,474 * 100% = 1,3%
%CH3OH:
XCH3OH (1) = n1 / Σ1 *100% = 0,149 / 0,239 * 100% = 62,4%
XCH3OH (2) = n2 / Σ2 *100% = 0,193 / 0,304 * 100% = 63,5%
XCH3OH (3) = n3 / Σ3 *100% = 0,235 / 0,391 * 100% = 60,1%
XCH3OH (4) = n4 / Σ4 *100% = 0,272 / 0,472 * 100% = 57,6%
XCH3OH (5) = n5 / Σ5 *100% = 0,250 / 0,494 * 100% = 50,6%
XCH3OH (6) = n6 / Σ6 *100% = 0,208 / 0,496 * 100% = 42,0%
XCH3OH (7) = n7 / Σ7 *100% = 0,163 / 0,474 * 100% = 34,4%
Na podstawie wyników stworzyliśmy wykres na trójkącie Gibbsa.