Министерство образования российской федерации

Волгоградский государственный технический университет

Кафедра аналитической, физической химии и физико-химии полимеров изучение равновесия жидкость-пар в однокомпонентной системе

Методические указания к лабораторной

работе № 3 по физической химии

Волгоград 2004

УДК 542.48 (075.5)

Рецензент: Ж.Н. Малышева

Печатается по решению редакционно-издательского совета

Волгоградского государственного технического университета.

ИЗУЧЕНИЕ РАВНОВЕСИЯ ЖИДКОСТЬ-ПАР В ОДНОКОМПОНЕНТНОЙ СИСТЕМЕ: Методические указания к лабораторной работе № 3 по физической химии/ Составители: В.И. Глазов, Г.П. Духанин. Волгоград. гос. тех. ун-т.- Волгоград, 2004.- 24 с.

Рассматривается один из методов определения давления насыщенного пара жидкости в зависимости от температуры (метод точек кипения). Приводятся различные способы определения теплот испарения.

Предназначены для студентов, обучающихся по направлениям 5508 и 5505.

© Волгоградский государственный

технический университет, 2004

Правила по технике безопасности

1. Прежде чем приступить к лабораторной работе изучите методику её проведения, получите инструктаж по технике безопасности и разрешение преподавателя на выполнение работы.

2. Работа выполняется на специально оборудованном рабочем месте. Хождение по лаборатории, не связанное с проведением эксперимента, запрещено.

3. Осторожно обращайтесь со стеклянными частями установки. При небрежном отношении установка может быть выведена из строя.

4. Исследуемые органические жидкости являются легколетучими и легковоспламеняющимися. Соблюдайте особую осторожность при работе с ними.

5. Соблюдайте правила работы с электроприборами. Не оставляйте их без присмотра. После окончания работы не забывайте выключить из сети.

6. Доложите преподавателю о полученных результатах, рабочее место по окончании работы приведите в порядок.

Равновесие жидкость-пар в однокомпонентной системе

Равновесия в гетерогенных системах, в которых не происходит химического взаимодействия между компонентами, а протекают лишь процессы перехода компонентов из одной фазы в другую (или другие), называются фазовыми равновесиями. Испарение, возгонка, плавление и др. - все это связано с изменением состояния системы без изменения химического состава. В химии и химической технологии особое место занимает испарение жидкостей.

2.1. Давление насыщенного пара индивидуальных жидкостей

Одним из важнейших свойств жидкости является давление её насыщенного пара, характеризующее способность жидкости к испарению. Во-первых, оно само по себе содержит информацию о состоянии вещества в газообразном состоянии. Во-вторых, давление пара является исходным параметром для расчета целого ряда термодинамических свойств реальных систем. Давление насыщенного пара зависитот природы жидкости и температуры и не зависит от объема пара и количества жидкости. На давление пара помимо перечисленных факторов оказывает влияние также форма (кривизна) поверхности жидкости и наличие на ней электрического заряда. Если жидкость испаряется в пространство над ней, это означает, что частички переходят из жидкого состояния в парообразное. Это возможно, если кинетическая энергия молекулы больше энергии межмолекулярного притяжения в жидкости. Наряду с процессом испарения происходит и обратный процесс конденсации. При равенстве скоростей этих процессов в системе возникает динамическое равновесие. Давление, оказываемое при этом молекулами газа на стенки сосуда,называется давлениемнасыщенного параи обозначаетсяР. Насыщенным называют пар, находящийся в динамическом равновесии с жидкостью. Жидкости в которых межмолекулярное взаимодействие невелико, обладают большой способностью к испарению и поэтому кипят при более низких температурах. Жидкости, в которых проявляются достаточно сильные межмолекулярные взаимодействия, обладают пониженной способностью к испарению и поэтому кипят при сравнительно высоких температурах. Если при какой-либо температуреТ испарение происходит с большей скоростью, чем конденсация, то давление пара будет меньшеР, так как система не достигла состояния равновесия.

Как определить, что в системе наступило равновесие и пар стал насыщенным ?

Известно, что кипение жидкости происходит при равенстве внешнего давления и давления её насыщенного пара. Поэтому можно считать, что насыщенный пар наверняка присутствует над кипящей жидкостью. Таким образом, для изучения свойств насыщенного пара можно исследовать равновесие между двумя фазами - кипящей жидкостью и паром.

Двухфазное равновесие (f = 2) в однокомпонентной системе (К = 1) характеризуется одной термодинамической степенью свободы (S = 1). Такой вывод следует из правила фаз Гиббса.

S = K – f + 2, (1)

при K = 1иf = 2, S = 1.

Это означает, что из двух термодинамических параметров (температуры Т и давленияР), определяющих состояние равновесия между двумя сосуществующими фазами, произвольно изменять можно лишь один (либоТ, либоР). При этом второй параметр будет закономерно изменяться, подчиняясь некоторой математической зависимости. Таким образом, переменныеР иТ выступают в данном случае как функция и аргумент. Взаимосвязь этих переменных может быть представлена графически - в виде кривой в координатахР -Т, называемой фазовой диаграммой (рис.1), или аналитически - в виде соответствующего уравнения.

Наиболее общим уравнением, связывающим Р иТ при равновесии между двумя фазами, является вытекающее из второго закона термодинамики, уравнение Клапейрона-Клаузиуса.