35. Одержання кристалів з рідких та твердих розчинів. Методи одержання кристалів з газової фази.

36. Фізико-хімічні основи процесів очистки та розділення сировинних компонент. Методи, які базуються на перегонці через газову фазу.

Речовину вважають достатньо чистою, якщо вміст домішок в ній не перевищує ту кількість, яка не дозволяє використати цю речовину для заданої мети.

В хімічній і металургійній промисловості, в залежності від сту­пені очистки речовини, встановлені слідуючі класи:

1. “чистий” (марки Ч, містять від 2·10^-5 до 1,0% домішок);

1. “чистий” для аналізу (марки ЧДА, містить від 1·10^-5 до 0,4% домішок);

1. “хімічно чистий” марки ХЧ, містить від 5·10^-6 до 0,5% домішок);

2. “особливо чистий” (марки ОСЧ, вміст домішок не більше 0,05%).

Неметали і хімічні сполуки відносять до високочистих речо­вин, якщо вміст домішок, що лімітується, в них не менше ніж на порядок нижчий в порівнянні з відповідною маркою ХЧ і на два порядки – для марки ЧДА і на три порядки для марки Ч.

До високочистих речовин відносяться метали і напівпровід­никові матеріали, якщо вміст кожної з контрольованих домішок в ній не перевищує 1·10^-4 % (по масі).

Високочистим речовинам в залежності від кількості і сумарної концентрації контрольованих домішок присвоюються марки ВЭЧ (вещество эталонной чистоты) і ОСЧ.

Процеси перегонки через газову фазу лежать в основі очистки простих речовин (елементів) і хімічних сполук, що мають високу пружність парів.

Сублімація (возгонка) являє собою процес безпосереднього переходу речовини із твердого стану в пароподібний. Сублімація як метод розділення і очистки можлива для тих речовин, які при температурі нижче точки плавлення характеризуються досить ви­соким тиском парів. При наявності в речовині домішок більш лет­ких ніж основна речовина, домішки можуть відігнатися при низь­кій температурі, а домішки слабо леткі – зосередяться в кубовому залишку після возгонки основного компонента.

Дистиляція являє собою процес розділення рідкого розчину на його складові частини, що характеризуються різним тиском парів шляхом їх випаровування з наступною конденсацією утворених парів. В загальному випадку відносний вміст компонентів розчину в парі буде відрізнятися від їх відносного вмісту в розчині. Тільки в ідеальній системі, компоненти якої мають однаковий тиск парів в чистому стані, співвідношення компонентів в парі над розчином і в розчині рівні. У всіх інших ідеальних системах в паровій фазі в порівнянні з розчином завжди переважає тільки той із компонентів, який має більший тиск пари в чистому виді. На рис.28 пунктиром показано сімейство типових кривих, що виражають залежність складу пари від складу розчину при в різних ідеальних системах в тому випадку, якщо компонентбільш леткий. Ліній­на залежність (діагональ квадрата) відповідає випадку, коли склади пари і розчину рівні між собою.

Рис.28. Графіки залежності складу пари від складу розчину в різних системах: 1 – з додатнім відхиленням від закону Рауля; 2 – з від’ємним відхиленням від закону Рауля

37. Закони Коновалова для перегонки через газову фазу.

Перший закон Коновалова. Якщо нагріти розчин складу (рис.29) до температури кипіння, то пара, рівноважна з цим розчином, має склад, що збагачений компонентом.

Після випаровування певної кількості розчину залишок збага­чується компонентом і має склад, наприклад,. Розчин цього складу закипить, якщо температура його підніметься до. Пара, що знаходиться в рівновазі з цим розчином, має склад, що теж збагачується компонентомв порівнянні з цим розчином. По мірі випаровування залишок розчину збагачується компонентом, і температура кипіння відповідно підвищується.

Якщо пару, що виділилася при складу, сконденсувати і одержаний конденсат знову піддати дистиляції, то він буде кипіти при температуріі пара буде мати склад, тобто ще збага­титься компонента .

Рис.29. Діаграми стану склад-тиск пари і склад-температура кипіннядля різних типів систем рідини– пари.

Другий закон Коновалова. Точки максимума або мінімума на діаграмах стану склад – тиск пари і склад – температура кипіння відповідають розчинам, склад яких однаковий з складом рівноваж­ної їм пари.Розчини, що відповідають цим точкам, називаються азеотроп­ними. Системи з азеотропами в результаті дистиляції розділяються на один із двох чистих компонентів і відповідний азеотроп. Азео­троп не розкладається на компоненти при випаровуванні і тому для цього використовують екстракцію, кристалізацію або інші методи.

Для кількісної характеристики процесів розділення при дисти­ляції користуються коефіцієнтом розподілу,

де і – мольні долі компонентів в парі і розчині відповідно.

Для двокомпонентної системи ;. Оцін­ка ефективності перерозподілу основного компонента і домішки між парою і рідкою фазами проводять також за допомогою кое­фіцієнта розділення

.