Tomasz Warzocha

RÓWNOWAGI FAZOWE W UKŁADACH TRÓJSKŁADNIKOWYCH TYPU CIECZ-CIECZ

Celem ćwiczenia jest wyznaczenie krzywej binodalnej (izotermy) rozpuszczalności układu trójskładnikowego: woda-toluen-aceton i woda-toluen-propanol.

APARATURA:

• Biureta cyfrowa o pojemności 25 cm³

• Pipety miarowe o pojemności 10 cm³ - 3 sztuki

• Pipety miarowe o pojemności 2 cm³ - 3 sztuki

• Probówki z doszlifowanymi korkami - 16 sztuk

• Pompka

ODCZYNNIKI:

• toluen

• aceton

• propanol

• woda destylowana

PRZEBIEG DOŚWIADCZENIA:

1. Sporządzamy dwuskładnikowe roztwory toluen-aceton i toluen-propanol o różnych stężeniach, odmierzając pipetami do probówek toluen, aceton i propanol w ilościach podanych w poniższych tabelach.

2. Następnie miareczkujemy otrzymane roztwory wodą destylowaną do pierwszego trwałego zmętnienia przy pomocy biurety cyfrowej. Tym sposobem otrzymujemy po 7 trójskładnikowych mieszanin dla acetonu i propanolu leżących na izotermie rozpuszczalności to znaczy izotermie przejścia z układu jednofazowego do dwufazowego.

Stężenia poszczególnych składników wyrażam w procentach objętościowych

korzystając ze wzoru:

V₁ = V₁^. 100% / (V_c) gdzie: V_c = V₁+V₂+V₃ (objętość mieszaniny)

V₁-zawartość 1 składnika V₂-zawartość 2 składnika V₃-zawartość 3 składnika

Nr probówki	Toluen		Aceton		Woda
		ml	% v/v	ml	% v/v	Ml	% v/v
I	9	89,1	1	9,9	0,1	1
II	8	78,8	2	19,7	0,15	1,5
III	6	58,5	4	39,0	0,26	2,5
IV	4	37,7	6	56,6	0,61	5,7
V	2	16,7	8	67,0	1,95	16,3
VI	1	6,6	9	59,5	5,14	33,9
VII	0,5	2,6	9,5	49,0	9,38	48,4

Nr probówki	Toluen		Propanol		Woda
		ml	% v/v	ml	% v/v	ml	% v/v
I	9	88,5	1	9,8	0,17	1,7
II	8	78,1	2	19,5	0,25	2,4
III	6	57,5	4	38,3	0,44	4,2
IV	4	35,3	6	53,0	1,32	11,7
V	2	14,6	8	58,6	3,66	26,8
VI	1	5,3	9	47,9	8,8	46,8
VII	0,5	1,7	9,5	31,6	20	66,7

WNIOSKI:

Z ekstrapolacji binody do podstawy trójkąta (sytuacja w której udział trzeciego składnika: propanolu lub acetonu; w roztworze jest zerowy) wynika, że wzajemna rozpuszczalność wody w toluenie i toluenu w wodzie jest rzędu 0,5% objętości. Oznacza to, że jeżeli do wody dodamy toluenu w ilości nie przekraczającej 0,5% objętości całego roztworu, czyli:

·100%<0,5%; to otrzymamy układ jednofazowy o dwóch stopniach swobody.

Przekroczenie tej objętości spowoduje powstania dwóch faz ciekłych i układ będzie miał jeden stopień swobody (skład jednej fazy będzie decydował o składzie drugiej fazy). Jedną z faz będzie stanowił nasycony roztwór toluenu w wodzie, a drugą nasycony roztwór wody w toluenie, powstają roztwory sprzężone.

Wzajemną mieszalność wody i toluenu zwiększamy dodając trzeciego składnika, który miesza się zarówno z wodą jak i z toluenem (propanol lub aceton). Z diagramu krzywej binodalnej w trójkącie Gibbsa wynika, że jeżeli w układzie propanol stanowi więcej niż 68% objętość całego układu to może istnieć tylko jedna faza ciekła nie zależnie od wzajemnego stosunku objętości wody i toluenu (powierzchnia nad krzywą binodalną). Podobną sytuację osiągamy dla układu toluen -woda -aceton, jeżeli aceton przekracza 68% objętości całego układu.

Z różnego przebiegu krzywych binodalnych dla dwóch układów: toluen - woda - propanol toluen - woda - aceton wnioskujemy, że propanol powoduje bardziej równomierny podział składników między dwie fazy (krzywa jest symetryczna) natomiast krzywa binodalna w układzie z propanolem jest nie symetryczna i nachylona w kierunku większej zawartości wody, co wskazuje na to, że faza bogata w wodę zawiera mniejszy ułamek toluenu niż powstająca z nią druga faza, która zawiera większy ułamek wody w porównaniu z ułamkiem toluenu w poprzedniej.