Экспериментальная часть

Приготовить из двух жидкостей 9 растворов различной концентрации (весовые проценты). Например, если жидкости - это ацетон и вода, то желательно приготовить растворы примерно следующего состава (весовые % ацетона): 5, 10, 15, 20, 30,45, 60, 80. 90. Для каждого раствора и индивидуальных жидкостей определить показатель преломления. Призмы рефрактометра необходимо перед каждым определением осторожно осушить фильтровальной бумагой и слегка протереть. Данные занести в табл. 4 и сразу построить график зависимости показателя преломления от состава (градуировочный график). Если точки на графике не описываются плавной кривой, то по­вторить измерения.

Налить жидкость в колбу 1 с обратным холодильником 3 (рис. 6). Холодильник должен находиться в положении "трубка для отбора пробы 4 - вверх". Следить за тем, что бы шарик термометра 2 был погру­жен в жидкость. Для снятия перегрева жидкости в колбу положить "кипелки" (см. работу 2). В холодильник пустить воду и медленно начать нагревать колбу 1 до тех пор, пока жидкость не закипит. Но пер­вому пузырьку определить температуру кипения. Записать показания термометра в табл. 4. Повернуть холодильник в положение для отбора проб (трубка 4 вниз). В заранее подготовленную обязательно сухую пробирку отобрать 5-10 капель конденсата и вернуть холодильник в прежнее положение. Чтобы состав раствора не изменился, пробирку немедленно закрыть пробкой и ни в коем случае не держать ее в руках. В процессе отбора пробы температура кипения не должна увеличиться более чем на 1 градус. Записать показания термометра после отбора пробы. Измерить показатель преломления конденсата, записать значе­ние в журнал и по градуировочной кривой найти состав конденсата. Затем нагревание прекратить, колбу охладить и содержимое вылить.

Такой же опыт проводят с остальными растворами и чистыми компонентами. Перед каждым опытом кусочки фарфора ("кипелки")заменяют новыми.

Рис.6 Схема прибора для исследования равновесия жидкость-пар в бинарной системе:

1 колба с жидкостью, 2 термометр, 3 обратный холодильник, 4 место отбора конденсата.

На основании полученных данных необходимо:

1.Построить диаграмму состояния в координатах температура кипения состав (рис.6). На оси ординат отложить среднее значение температуры кипения. Через эти значения провести прямые, параллельные оси составов (изотермы). На изотермы нанести точки, отве­чающие составу жидкой фазы (точка а) и газовой фазы (точка б). По точкам тина а начертить нижнюю кривую, а точкам типа б верхнюю. Состав пара равен составу конденсата.

2.Построить графики зависимости состав пара от состава раствора.

3.Используя правило рычага, оценить ошибки определения кон­центрации газовой фазы, если объем конденсата составляет 1% и 5% от начального объема жидкой фазы.

Таблица 4

Номер пробы	Температура кипения, 0С			Пок-ль преломления		Состав жидкости		Состав пара
	До отбора пробы	После отбора	средняя	Жид кость	Конде нсант	Вес %	Мольная доля	Вес %	Мольная доля

Работа 5

ОПРЕДЕЛЕНИЕ АДСОРБЦИИ КОМПОНЕНТА ИЗ РАСТВОРА

Теоретическое введение

Для термодинамического описания неоднородного слоя на границе двух фаз, например, раствор-пар (рис. 7), широко используется метод избытков, предложенный Гиббсом. Суть метода – реальную систему сравнивают с системой, для которой выполняется закон аддитивности.

экстенсивных величин. Чтобы этот закон выполнялся, система сравне­ния должна подчиняться следующим условиям:

1 Фазы в системе сравнения разделены геометрической поверх­ностью S или S' (рис. 7) и строго однородны вплоть до этой поверхно­сти. Отсюда следует, что на границе поверхности, поскольку ее толщина равна нулю, все удельные или мольные величины будут изменяться скачком.

2 Фазы в системе сравнения имеют те же свойства, что и объемы реальной системы, расположенные вдали от фазовых границ.

3 Общий объем системы сравнения равен общему объему реальной системы.

Избыток любой экстенсивной величины определяется как разность между значением этой величины в реальной системе и ее значением в системе сравнения. Например, для избытка i-го компонента имеем

n_i(s)=n_i - (n_i^(α) + n_i^(β))

Где n_i – полное количество молекул i-го сорта в реальной системе (моль); n_i^(α) и n_i^(β) – количество молекул i-го сорта в объемных фазах α и β.

Так как n_i^(α)=С_i^(α)V^(α) и n_i^(β)= С_i^(β)V^(β), то

n_i^(s)= n_i-( С_i^(α)V^(α)+ С_i^(β)V^(β))

Значение n_i известно из условий конструирования реальной системы (концентрации и объемы исходных растворов, газовых смесей и т.д.).

С_i^(α) и С_i^(β) – концентрации компонента i в объеме фаз (вдали от поверхности раздела) также экспериментально определяемые величины. Сдвинем разделяющую поверхность (рис.7, система "штрих"). Значения n_i, С_i^(α) и С_i^(β) останутся прежними, а объемы фаз системы сравнения изменятся V^(α) ≠ V^(α’), V^(β)≠ V^(β’), при этом V_{системы}= V^(α)+ V^(β)= V^(α’)+ V^(β’).

Следовательно, n_i^(s)≠ n_i^(s’)= n_i – (С_i^(α)V^(α)+ С_i^(β)V^(β)). Таким образом, значения избыточных величин зависит от выбора разделяющей поверхности.

Запишем фундаментальное уравнение Гиббса для межфазного (поверхностного) слоя двух компонентной двух фазной системы при Т=const:

sdσ+ n₁^(s)dµ₁^(s)+ n₂^(s)µ₂^(s)=0

где s – площадь поверхности , σ – поверхностное натяжение; µ₁^(s) и µ₂^(s) – химические потенциалы компонента 1 и 2 в поверхностном слое. Разделив на площадь поверхности, получим

dσ+Г¹dµ₁^(s)+Г₂ dµ₂^(s)=0

Величины Г₁= n₁^(s)/S и Г2= n₂^(s)/S называются гиббсовская адсорбция или просто адсорбция компонента 1 и 2.

Пусть компонент 1 - растворитель, а компонент 2 – мало летучее вещество, т.е. С₂⁽ⁿ⁾=0 (рис.7). выберем разделяющую поверхность таким образом, чтобы Г₁=0. графически величина Г₁ (система сравнения а) изображается заштрихованной площадью

S_{под кривой AD} – (S_{под прямой AВ}+ S_{под прямой СD})=0, а Г₂ – заштрихованной площадью

S_{под кривой FK} – (S_{под прямой FG}+ S_{под прямой GK})=0. Тогда

dσ+Г₂dµ₂^(s)=0

Индекс (1) указывает, что величина относится к такому положению разделяющей поверхности, при котором Г₁=0.

Если раствор идеальный, то dµ₂^(р)=RTdlnC₂^(p). Принимая во внимание, что µ₂^(р)= µ₂^(s), получим

(28)

Зная зависимость поверхностного натяжения от концентрации растворенного вещества, можно определить его адсорбцию. Уравнение (28) показывает, что единица измерения Гиббсовской адсорбции не зависит от единиц измерения концентрации в объемной фазе, а зависит от того, в каких единицах выражена газовая постоянная.