1.1. Закон Рауля. Идеальные растворы.

Одним из важнейших свойств растворов является давление насыщенного пара, то есть пара, находящегося в равновесии с жидкостью. Парообразная фаза над раствором в общем случае содержит все летучие компоненты раствора.

Опытным путем Рауль установил (1887 г.), что парциальное давление насыщенного пара компонента раствора Рi пропорционально его мольной доле в растворе N_i:

, (1)

где P_i^o- давление насыщенного пара над чистым компонентомiприN_i^ж =1.

Растворы, для которых закон Рауля выполняется при всех концентрациях и температурах, называются идеальными. Они образуются веществами, близкими по свойствам. Примерами растворов, близких к идеальным, могут служить смеси:бензол - толуол, гексан - гептан, хлорбензол - бромбензоли др.

Большинство растворов отклоняется от закона Рауля, т.е. они являются неидеальными. Очень многие растворы подчиняются закону Рауля лишь при малых концентрациях.

Для газовой (паровой фазы) над идеальным раствором соблюдается закон Дальтона, в соответствии с которым:

, (2)

где Р- общее давление;

N_i^п- мольная доля компонентаiв паровой фазе.

Общее давление насыщенного пара над раствором равно сумме парциальных давлений компонентов смеси:

. (3)

Рассмотрим бинарный идеальный раствор, состоящий из компонентов А и В и находящийся в равновесии со своим паром. В соответствии с законом Рауля парциальное давление насыщенного пара каждого компонента при любой заданной температуре пропорционально его мольной доле в растворе:

P_А = P_А^о N_А^ж ,^,(4)

P_В = P_В^о  N_В^ж , (5)

где N_А^ж ,N_B^ж- мольные доли компонентов А и В в растворе; P_А^o,P_B^o- давление насыщенного пара над чистыми веществами А и В (приN_А^ж= 1 иN_B^ж= 1).

Общее давление насыщенного пара над раствором равно:

Р = Р_А + Р_В

Р = Р_А^о N_А^ж + P_В^о N_В^ж;

N_В^ж + N_В^ж = 1; тогда N_А^ж = 1 - N_В^ж;

P = P_А^о (1- N_В^о) + P_В^о N_В^ж;

P = P_А^о + (P_В^о - P_А^о) N_В^ж. (6)

Уравнения (4-6) показывают, что давление каждого компонента и общее давление пара над идеальным раствором линейно зависят от состава раствора.

Графически закон Рауля представляют в виде диаграмм давление - состав, которые удобны при рассмотрении свойств растворов (рис.1). Положение прямых на диаграмме определяется по граничным точкам:

при	NАж = 0	PА = 0;	P = РВо;
при	NАж = 1	P = PА = PАо;	PВ = 0;
при	NВж = 0	PВ = 0;	P = PАо;
при	NВж = 1	P = PВ = PВо	PА = 0.

Рис.1 Зависимости парциальных и общего давления от состава раствора (подчинение закону Рауля)

1 - P_А= 2 - P_В, 3 -P = P_А + P_{В .}