11. Бинарныесмеси со взаимно нерастворимыми компонентами.

Примерами практически взаимно нерастворимых жидкостей могут служить ртуть и вода или вода и бензол.

Для кипящей смеси из взаимно нерастворимых компонентов приме­ним закон Дальтона, согласно которому парциальное давление пара каждого компонента с паровой смеси равно давлению насыщенного па­ра чистого компонента при температуре кипящей смеси.

Рассмотрим смесь воды и бензола. Как известно, вода при давлении 1,013∙10⁵ Па (760 мм рт. ст.) кипит при 100°С, а бензол—при 80,4°С. Зависимость температуры кипения воды от давления характеризуется кривой А на рис. 5-1,а, а температура кипения бензола—кривой В.

Складывая ординаты кривых А и В, находим суммарную кривую С,

5.1 . Графики давлений, температур и процентного состава для взаимно нерастворимых компонентов бинарной смеси бензола и воды.

Так как согласно закону Дальтона давление паровой или газовой смеси равно сумме парциальных давлений ее компонентов, то кривая С показывает зависимость между давлением и температурой кипящей сме­си бензол — вода.

Пересечение кривой С с горизонталью, соответствую­щей атм давлению 1,013∙10⁵ Па (760 мм рт. ст.), показывает, что при этом давлении смесь кипит при температуре около 70 °С, а также что парциальное дав­ление паров воды в паровой смеси равно 0,3∙10⁵ Па (225 мм рт. ст.), а паров бензола 0,71∙10³ Па (535 мм рт. ст.) независимо от содержа­ния воды и бензола с жидкой смеси. Таким образом, смесь из двух вза­имно нерастворимых жидкостей закипает при температуре более низкой, чем температура кипения легкокипящей жидкости, входящей в смесь.

Температура кипений смеси со взаимно нерастворимыми компонен­тами постоянна и не зависит от содержания компонентов в жидкой сме­си. И только в тот момент, когда один компонент выкипит полностью, она делает скачок и становится равной температуре кипения оставшего­ся компонента.

Содержание компонента в паровой фазе остается постоянным и то же не зависит от соотношения их и жидкой фазе до тоги момента, пока один компонент не выкипит полностью.

На рис. 5-1б изображен график для бинарной смеси со взаимно нерастворимыми компонентами. Зависимость содержания легкокипящего компонента (бензола) в парах от содержания его в жидкости изображается прямой BC. Пересечение этой прямой в точкеА с диагональю ОD соответствует равновесному состоянию, когда содержание по весу легко кипящего компонента (бензола) в парах и жидкой фазе одинаково. Точ­ка а называется азеотропической точкой, а жидкая смесь, соответствую­щая этому состоянию - азеотропической смесью.

Температура кипения азеотропической смеси остается постоянной до полного выкипания смеси.

Азеотропические смеси характеризуются тем, что ни один компо­нент их не может быть выделен перегонной в чистом виде, гак как со­став паров и жидкой смеси совершенно одинаков. Если летучего компо­нента в первоначальной жидкой смеси больше, чем в азеотропичсской смеси (точка А на рис. 5-1б, то после некоторой перегонки, во время которой из жидкости удаляются пары с составом азеотропнческой смеси (точка А смещается вправо), остается жидкий остаток из чистого лету­чего компонента (бензола в данном случае). Наоборот, если летучего компонента в первоначальной жидкой смеси меньше, чем в азеотропиче­ской смеси (точка В на рис. 5-1б), то при перегонке точка В смещается влево и в жидкости остается нелетучий компонент (вода).