Вопросы для самоконтроля.

1. Проанализируйте фазовую диаграмму однокомпонентной системы не примере воды. Определите число степеней свободы на каждом из трёх полей фазовой диаграммы, на каждой линии, которые делят область диаграммы на 3 поля, в тройной точке.

2. Проанализируйте фазовую диаграмму двухкомпонентной системы на примере сплавов двух металлов. Какой сплав называется эвтектическим.

3. Проанализируйте фазовую диаграмму водно-солевой системы.

1.7. Растворы.

Растворами называют гомогенную часть многокомпонентной системы, состав которой может произвольно меняться, относительное содержание компонентов в растворе может быть любым.

Состав – основная характеристика растворов, выражается:

1. в относительных единицах х_i = п_i / п_р-ра – молярная доля х₁ + х₂ + … х_к = 1(100%)

2. в специальных:

а) молярная концентрация с_i = п_i /V_р-ра [c] = 1 моль/л = М(молярность)

n- количество растворённого вещества

V – объём раствора

б) моляльная концентрация m_i = a_i /(M_i g) [m_i] = 1 моль/кг = 1 Мл (моляльность)

g – масса растворителя

а_i, M_i – масса, молярная масса растворённого вещества.

Моляльная концентрация определяется число моль вещества, растворённых в 1 кг растворителя.

В растворах наблюдается диффузия растворённого вещества и растворителя, это приводит к выравниванию концентрации в объёме раствора.

Если отделить раствор от растворителя через мембрану (полупроницаемую перегородку типа сита), то наблюдается односторонняя диффузия растворителя к раствору, которая называется осмосом. А давление частиц растворённого вещества на мембрану называется осмотическим давлением.

Вант – Гофф (1887 г) установил закон:

Осмотическое давление π(пи) пропорционально молярности раствора и температуре

π = сRT - для растворов неэлектролитов.

π = iсRT – для электролитов.

i – изотонический коэффициент, поправка на диссоциацию.

i = 1 + (К - 1)

 - степень диссоциации

К–число ионов, на которое распадается электролит, например

К(NaCl) = 2; K(K₂SO₄) = 3

[π] = Па.

Давление пара над жидкостью зависит от испаряемости и температуры. Давление пара над чистым растворителем Р_А всегда выше давления пара над раствором с нелетучим компонентом Р_А.

Р_А > P_A P_A – P_A = P

Рауль (1884 г) устанавливает закон: Р_А = Р_АХ_А – первый закон Рауля.

Давление пара над раствором нелетучего вещества пропорционально мольной доле растворителя в растворе.

Или после преобразования получим вторую формулу закона Рауля

Р/Р_А = Х_В Р/Р_А - депрессия раствора.

Для растворов электролитов перед Х вводится изотонический коэффициент.

Из-за понижения давления пара растворителя над растворами нелетучих веществ температура замерзания растворов всегда ниже температуры замерзания чистых растворителей, а температура кипения выше.

T_З > T_З^׳ T_З^׳, T_З – температура замерзания раствора и растворителя.

Т_З = Т_З - Т_З^׳ – понижение Т замерзания

Т_К^׳ > T_K T_K^׳, T_K – температура кипения раствора и растворителя.

Т_К = Т_К^׳ – T_K – повышение Т кипения.

Второй закон Рауля устанавливает:

Понижение температуры замерзания и повышение температуры кипения раствора пропорционально моляльности (m) раствора с нелетучим компонентом.

Т_З = К_Кm

– второй закон Рауля.

T_K = K_эб  m

К_К – криоскопическая постоянная;

K_эб – эбуллиоскопическая постоянная.

Для каждого растворителя имеется своя К_К, K_эб (справочная величина).

Для растворов электролитов перед m вводится i.

Многие жидкости можно смешивать в любых пропорциях – неограниченно растворимые жидкости (вода и уксусная кислота), в других случаях – ограниченно растворимые (вода и фенол), в третьем случае взаимонерастворимые жидкости (вода и углеводороды).

В идеальных растворах силы межмолекулярного взаимодействия между молекулами одинаковы, то есть испарение каждой из жидкостей происходит независимо от другой и к каждой из жидкостей применяется 1 закон Рауля.

Р_см = Р_А + Р_В = Х_А  Р_А + Х_В  Р_В.

Применяя к таким системам закон Дальтона: Р_А = Р_см Х_Аⁿ ; P_B = P_смХ_Вⁿ

и 1 закон Рауля Р_А = Р_АХ_А; Р_В = Р_АХ_В

А, В – компоненты смеси (растворённое вещество и растворитель)

Х_Аⁿ ; X_Bⁿ – молярные доли компонентов в паре над раствором

Получаем закон Рауля – Дальтона:

Р_А/Р_В =  - относительная испаряемость.

Если  > 1, то относительное содержание компонента А в паре над раствором больше, чем в растворе.

Если  < 1, то наоборот компонента В больше в паре, чем в растворе.

Если  = 1. состав пара над раствором одинаков с составом раствора.

На этом законе основываются процессы перегонки, ректификации. Это массообменные процессы.

Перегонка – общепринятый метод разделения смеси жидкостей на составные части или для выделения какого-либо компонента из сложной смеси, основан на разности температур кипения.

Для увеличения степени разделения компонентов применяют перегонку с дефлегматором.

Ректификация – более эффективный способ разделения, основывается на непрерывном и многократном чередовании испарения жидкости с конденсацией пара в ректификационной колонне.

Эти процессы основываются на законах Коновалова.