Badanie równowagi fazowej w układzie trójskładnikowym CH₃COOH - H₂O - badana ciecz.

I. Zagadnienia teoretyczne.

Faza jednolita część układu pod względem chemicznym i fizycznym. Może składać się z dowolnej ilości substancji , może być podzielona na mniejsze jednostki bądź stanowić jedną całość. Wymiary fragmentów fazy muszą być większe od molekularnych.

Liczba faz w układzie (F) -1.[ ze względu na nieograniczoną rozpuszczalność wzajemną gazów , w dowolnym układzie może istnieć tylko jedna faza gazowa].Dla cieczy wzajemnie nierozpuszczalnych układ zawiera kilka faz ciekłych. Substancje stałe o różnym składzie chemicznym lub różniące się strukturą krystaliczną stanowią różne fazy.

Liczba składników (S) - 2.[najmniejsza liczba niezależnie zmiennych cząstek chemicznych potrzebna do określenia składu każdej fazy układu].Definicja ta jest prawdziwa przy założeniu ,że w danym układzie występują wszystkie możliwe równowagi chemiczne i fizyczne. S zależy od warunków w jakich układ się znajduje.

Liczba stopni swobody (Φ) - 3.[najmniejsza liczba parametrów intensywnych , które trzeba określić dla wyznaczenia wartości wszystkich pozostałych parametrów intensywnych]. Często Φ definiuje się jako liczbę właściwości intensywnych , które można niezależnie zmieniać nie powodując zmiany liczby układu faz.

Właściwości intensywne - są to parametry niezależne od ilości fazy ( np. temperatura , ciśnienie , gęstość).

Właściwości ekstensywne - są to parametry zależne od ilości fazy ( np. masa , objętość fazy).

Reguła faz Gibbsa - określa liczbę stopni swobody układu zawierającego S składników i F faz :

Φ = S - F + 2

Rys. 4.[Przedstawienie składu układu trójskładnikowego].

A A , B , C - wierzchołki trójkąta odpowiadające

0%C 100%A czystym składnikom A, B, C.

Boki trójkąta leżące naprzeciw wierzchołków A,

20%C 80%A B, C odpowiadają nieobecności składników

odpowiednio A, B, C.

40%C 60%A Przechodzące przez trójkąt linie poziome określają

wzrastające zawartości procentowe składnika A od

60%C 40%A zera przy podstawie do 100% przy wierzchołku A.

Zawartości procentowe składników B i C

80%C 20%A wyznaczone są przez odległości między dwoma

bokami trójkąta a odpowiednimi wierzchołkami.

100%C 0%A

0%B 20%B 40%B 60%B 80%B 100%B

C B

II. Część doświadczalna.

1. Aparatura i odczynniki :

• termometr,

• 10 butelek o pojemności 50 ml,

• 2 butelki o pojemności 150 ml,

• biureta, łapa do biurety,

• pipeta kalibrowana o pojemności 10 ml,

• zlewka,

• statyw,

• kwas octowy,

• woda destylowana,

• chloroform.

2. Wykonanie ćwiczenia:

Czyste i osuszone butelki o pojemności 50 ml wypełniono wodą destylowaną i kwasem octowym w następujących proporcjach:

woda [ml]	10	9	8	7	6	5	4	3	2	1
kwas octowy [ml]	-	1	2	3	4	5	6	7	8	9

Następnie roztwory kwasu octowego w wodzie miareczkowano roztworem chloroformu, aż do pojawienia się pierwszego trwałego zmętnienia.

3. Wyniki pomiarów przedstawia wydruk komputerowy.

III. Interpretacja wyników :

1.Analiza wyników:

Przeprowadzone doświadczenie miało na celu wyznaczenie linii wzajemnej rozpuszczalności trzech cieczy w trójkącie stężeń Gibbsa. Sporządzony wykres przedstawia układ trójskładnikowy, w którym tylko jedna para cieczy wykazuje częściową rozpuszczalność. Krzywa graniczna jest krzywą równowagi ustalającej się pomiędzy fazą α a fazą β. W punkcie zwanym krytycznym obie fazy stają się identyczne, natomiast punkty znajdujące się na krzywej przed i za punktem k wyznaczają odpowiedni skład fazy α i fazy β współistniejących ze sobą w równowadze. Wszystkie roztwory określone przez punkty leżące poza krzywą równowagi tworzą układy jednofazowe.

Doświadczenie zostało przeprowadzone dość precyzyjnie, o czym świadczy sporządzony w oparciu o uzyskane wyniki trójkąt Gibbsa, który nie odbiega od wykresów literaturowych.

2.Analiza błędów:

• błąd paralaksy biurety,

• niedokładność związana z odmierzaniem reagentów,

• błąd miareczkowania, który jest największy w stosunku do wyżej wymienionych. Wynika z wizualnej metody określania dostatecznego wyodrębnienia dwóch faz, co wiąże się z indywidualnym postrzeganiem zbliżonych zmętnień roztworu.

IV. Literatura:

[1], [2], [3], [4] Gordon M. Barrow „Chemia fizyczna” , PWN , Warszawa 1971 (tłumaczenie z języka angielskiego)