trekhkomponentnye_sistemy
.pdfGenerated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
Ðàссмотрим знàчение полей нà диàгрàммàх: I- ненàсыщенный рàствор S1 и S2 в воде;
IIдвухфàзнàя системà, кристàллы S1 и нàсыщенный рàствор по линии
àе1;
IIIкристàллы S2 и нàсыщенный рàствор относительно S2 по линии be2; IVкристàллы S1S2·nH2O и рàствор, нàсыщенный относительно
кристàллогидрàтà, состàв рàстворà нàходится по линии e1e2;
V- трехфàзнàя облàсть: кристàллы S1, S1S2·nH2O и рàствор состàвà е1; VIтрехфàзнàя облàсть: кристàллы S2, S1S2·nH2O и рàствор состàвà е2; VIIтри кристàллические фàзы: S1, S1S2·nH2O и S1S2 ;
VIIIтри кристàллические фàзы: S2, S1S2·nH2O и S1S2.
Ïроведем испàрение рàстворà 1. Îт точки 1 до 2 происходит испàрение воды из рàстворà, изменение состàвà рàстворà, à в точке 2 рàствор стàновится нàсыщенным по отношению к кристàллогидрàту двойной соли (S1S2·nH2O) и выпàдàют первые кристàллы S1S2·nH2O. Ýтот процесс происходит от точки 2 до 3. Â точке 3 рàствор имеет состàв, отвечàющий точке е1, т.е. нàсыщенный по отношению к двум солям: S1S2·nH2O и S1, и от точки 3 до 4 выпàдàют обе эти соли. Â точке 4 зàкàнчивàется кристàллизàция из рàстворà, здесь последние кàпли рàстворà, и в дàльнейшем удàление воды происходит из кристàллогидрàтà, путем его обезвоживàния с обрàзовàнием новой твердой фàзы - безводной двойной соли S1S2. Ïолное удàление воды зàвершàется в точке 5 (нà треугольной диàгрàмме) и в системе остàется S1 и S1S2.
3 Âзàимнàя рàстворимость жидкостей в трехкомпонентных системàх
3.1 Èзотермà с огрàниченной рàстворимостью одной пàры компонентов
Æидкие трехкомпонентные системы могут состоять из компонентов, обрàзующих системы, в которых две жидкости облàдàют огрàниченной взàимной рàстворимостью, à третья жидкость неогрàниченно смешивàется с кàждой из них. Íà диàгрàммàх состояния тàких систем появляется облàсть рàсслàивàния (рисунок 15, облàсть akb). Â этом случàе прибàвление к первой пàре жидкостей, обрàзующих гетерогенную, двухслойную систему, третьей жидкости приводит к взàимной рàстворимости первых двух. Ëиния рàстворимости akb нàзывàется бинодàльной кривой (то есть состоящей из двух ветвей). Âетвь àk – рàстворы Â в À, bk – рàстворы À в Â (в присутствии компонентà Ñ). Ðàстворы, нàходящиеся в рàвновесии друг с другом, нàзывàются сопряженными. Òàким обрàзом, ветви àk и bk – это ветви кривых сопряженных рàстворов. Â точке k эти ветви смыкàются. Ñледовàтельно, в точке k обе фàзы стàновятся тождественными. Òочкà k является критической точкой рàстворения.
Ðàссмотрим процесс переходà от гомогенной системы к гетерогенной. Âозьмем систему, состàвленную из 25 % Â и 75 % À (точкà m) и перемешàем. ×ерез некоторое время устàновится рàвновесие двух рàстворов: рàстворà À в Â (точкà b) и рàстворà Â в À (точкà à), то есть системà стàлà двухслойной,
21
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
гетерогенной. Ñоотношение между количествàми фàз à и b рàвно отношению отрезков mb и ma.
Ïри добàвлении к системе m веществà C системà стàновится трехкомпонентной, состàв ее меняется от точки m по линии mC. Äобàвление C увеличивàет взàимную рàстворимость À и Â, при этом вещество Ñ рàспределяется между двумя слоями, в результàте чего обрàзуется двà рàвновесных сопряженных рàстворà.
Ñостàвы этих рàстворов рàсполàгàются нà конноде, которàя не пàрàллельнà оси состàвов, à другие конноды не пàрàллельны друг другу. Ýто связàно с рàзной рàстворимостью компонентà Ñ в компонентàх À и Â.
C
|
|
k |
|
|
|
a2 |
d1 |
d |
|
|
|
|
|
|
a1 |
m2 |
|
b2 |
|
m1 |
|
b1 |
O |
|
d2 |
|
|||
|
|
|||
A a |
m |
n |
b |
B |
Ðисунок 15 – Èзотермà рàстворимости трех жидкостей Îднà пàрà жидкостей рàстворимà огрàниченно
Ñоглàсно прàвилу Òàрàсенковà Ä.Í. продолжения коннод пересекàются в одной точке, лежàщей нà продолжении той стороны диàгрàммы, нà которой отложенà концентрàция огрàниченно рàстворимых жидкостей (точкà O нà рисунке 15).
Ëиния Îk является кàсàтельной к бинодàльной кривой. Çнàя положение точки O, можно нàйти состàвы сопряженных рàстворов в любой точке двухфàзной облàсти. Òàк, системà m1 состоит из двух рàвновесных фàз à1 и b1, à системà m2 – из двух рàстворов à2 и b2. Èз рисункà видно, что добàвление компонентà Ñ уменьшàет относительное количество фàзы, богàтой компонентом Â (отрезки am, a1m1, a2m2) à при достижении бинодàльной кривой величинà этого отрезкà обрàщàется в нуль, и в последующих точкàх вне двухфàзной облàсти системà стàновится гомогенной. Àнàлогично достигàется гомогенное состояние и при добàвлении компонентà Ñ к системе n. Òолько в этом случàе уменьшàется величинà слоя, богàтого компонентом À. Åсли же исходнàя системà
22
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
проходит через точку k, то гомогенность достигàется не исчезновением одного из слоев, à сближением состàвов слоев от точки à до k и от точки b до k. Â точке k обà слоя стàновятся тождественными по состàву, и системà стàновится гомогенной.
Ïри нàличии диàгрàммы рàстворимости жидкостей можно определить, кàк меняется фàзовое состояние системы. Òàк, при исходном рàстворе, состоящем из Ñ и Â (точкà d), добàвление компонентà À по линии dA первонàчàльно не меняет гомогенность системы вплоть до пересечения с линией kb, где нàчинàется рàсслоение системы нà две фàзы (точкà d1). Ðàсслоение продолжàется при прохождении точки через гетерогенную облàсть. Ïри этом увеличивàется количество второй фàзы и уменьшàется количество первой фàзы при непрерывном изменении их состàвà. Ïри достижении точки d2 исчезàет первàя фàзà и дàлее системà остàется гомогенной. Òàким обрàзом, добàвление третьего компонентà может увеличивàть и уменьшàть взàимную рàстворимость компонентов бинàрной смеси.
Ïодобным же обрàзом могут вести себя и полностью нерàстворимые друг в друге жидкости À и Â, но при добàвлении компонентà Ñ они нàчинàют рàстворяться и зàтем достигàют гомогенного состояния.  этом случàе нà диàгрàмме (рисунок 15) отрезки àÀ и bB, отвечàющие гомогенным системàм  в À и À в  соответственно, отсутствуют. Áинодàльнàя кривàя будет проходить через точки À и Â, то есть будет линией ÀkÂ.
3.2Ðàвновесия в тройной системе с огрàниченной взàимной рàстворимостью двух и трех пàр компонентов
Ïри изучении рàвновесий в трехкомпонентных жидкостях были обнàружены системы с двумя и тремя гетерогенными облàстями.
Âид диàгрàммы определяется условиями, при которых изучàется рàстворимость, и при изменении условий, нàпример, темперàтуры, вид диàгрàммы меняется. Òàк диàгрàммà подобнàя той, что изобрàженà нà рисунке 15, при понижении темперàтуры претерпевàет изменения, отрàженные нà рисунке 16, и при темперàтуре Ò5 преврàщàется в диàгрàмму, в которой две пàры компонентов огрàниченно рàстворимые друг в друге À-Â и Ñ-Â (рисунок 17). Â этом случàе обрàзуется однà облàсть рàсслàивàния. Òàкое явление нàблюдàется, нàпример, в системе водà – этиловый спирт – нитрил янтàрной кислоты при понижении темперàтуры.
23
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
C
T5
T4 K1
T3
T2
T1 K
A B
Ðисунок 16 – Äиàгрàммà рàвновесия тройной системы при рàзличных темперàтурàх
C
A B
Ðисунок 17 – Ðàвновесие в тройной системе с огрàниченной взàимной рàстворимостью двух пàр компонентов (однà облàсть рàсслàивàния)
Åсли же изнàчàльно существует нà диàгрàмме две облàсти рàсслàивàния (рисунок 18 à), то при понижении темперàтуры они могут слиться и обрàзовàть одну гетерогенную облàсть (рисунок 18 б).
24
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
C C
A |
B |
A |
B |
|
a) |
|
б) |
Ðисунок 18 – Ðàвновесие в тройной системе с огрàниченной рàстворимостью двух пàр компонентов
Âсистеме с огрàниченной взàимной рàстворимостью трех пàр компонентов нà диàгрàмме имеется три облàсти рàсслàивàния (рисунок 19 à). Ïри понижении темперàтуры могут быть рàзличные случàи: две из трех могут слиться подобно системе нà рисунке 18, à третья остàться сàмостоятельной (рисунок 19 б); могут слиться все три облàсти (рисунок 19 в).
Âэтом случàе три жидких слоя могут одновременно нàходиться в рàвновесии. Òри рàвновесных слоя обрàзуются, нàпример, в системе водà – эфир
–нитрил янтàрной кислоты; в рàсплàве Fe – Zn – Pb.
Òàкàя диàгрàммà изобрàженà нà рисунке 19 в. Çдесь три облàсти гомогенные (однофàзные) – это учàстки, прилегàющие к вершинàм À, Â, Ñ. Äвухфàзных облàстей тоже три – это учàстки, внутри которых проведены конноды. Òрехфàзнàя облàсть однà, это треугольник abc; любàя смесь, отвечàющàя точке, рàсположенной в этом поле, рàспàдàется нà слои состàвà a, b, c.
25
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
C
C
A |
B A |
B |
|
a) |
б) |
C
c
Ðисунок 19 – Ðàвновесие в тройной системе с огрàниченной рàстворимостью трех пàр компонентов
a |
|
b |
A |
в) |
B |
|
|
26
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
Âàриàнты индивидуàльных зàдàний для сàмостоятельной рàботы студентов
Âопросы и зàдàния
1.Îбъяснить смысл всех полей, à тàкже линий и точек.
2.Åсть ли химические соединения: à) устойчивые; б) неустойчивые. Îпределить их состàв
3.Åсть ли кристàллогидрàты. Îпределить их состàв.
Äля вàриàнтов с 1 по 4:
4.Ïровести охлàждение рàсплàвà, содержàщего 20% À, 30% Ñ, 50% Â. Îпределить последовàтельность кристàллизàции компонентов,
изменение состàвà нàсыщенного рàстворà. Äля вàриàнтов с 5 по 20:
5.Ïровести испàрение воды из рàстворà 1. Îпределить последовàтельность кристàллизàции компонентов, изменение состàвà нàсыщенных рàстворов; для двухфàзных облàстей – состàв и относительное количество фàз.
6.Îпределить состàв полученной системы, состàв и относительное количество фàз, если для её приготовления взяли две системы нижеприведенного состàвà и мàссы:
вàриàнт |
|
Ñистемà 1 |
|
|
Ñистемà 2 |
|
||
|
|
Ñостàв, % |
|
Ìàссà |
|
Ñостàв, % |
|
Ìàссà |
|
À |
 |
Ñ |
кг |
À |
 |
Ñ |
кг |
|
Í2Î |
S1 |
S2 |
|
Í2Î |
S1 |
S2 |
|
1 |
65 |
30 |
5 |
3 |
15 |
20 |
65 |
1 |
2 |
10 |
20 |
70 |
1 |
50 |
10 |
40 |
4 |
3 |
30 |
40 |
30 |
3 |
80 |
- |
20 |
2 |
4 |
15 |
70 |
15 |
2 |
75 |
5 |
20 |
3 |
5 |
10 |
60 |
30 |
5 |
65 |
10 |
25 |
1 |
6 |
70 |
25 |
5 |
4 |
10 |
20 |
70 |
2 |
7 |
15 |
15 |
70 |
2 |
65 |
15 |
20 |
4 |
8 |
20 |
50 |
30 |
1 |
70 |
- |
30 |
2 |
9 |
80 |
20 |
- |
2 |
15 |
20 |
65 |
1 |
10 |
- |
80 |
20 |
1 |
75 |
5 |
20 |
5 |
11 |
60 |
15 |
25 |
2 |
20 |
10 |
70 |
3 |
12 |
20 |
20 |
60 |
4 |
15 |
10 |
75 |
2 |
13 |
30 |
- |
70 |
3 |
15 |
70 |
15 |
1 |
14 |
15 |
65 |
20 |
4 |
65 |
10 |
25 |
1 |
|
|
Ñостàв, г. |
|
|
|
Ñостàв, г. |
|
|
|
Í2Î |
S1 |
S2 |
|
Í2Î |
S1 |
S2 |
|
15 |
1000 |
10 |
20 |
1 |
1000 |
50 |
60 |
2 |
16 |
1000 |
25 |
50 |
2 |
1000 |
150 |
100 |
1 |
17 |
1000 |
10 |
20 |
3 |
1000 |
30 |
80 |
1 |
18 |
1000 |
200 |
100 |
1 |
1000 |
300 |
600 |
3 |
19 |
1000 |
50 |
25 |
3 |
1000 |
150 |
150 |
2 |
20 |
1000 |
25 |
25 |
2 |
1000 |
150 |
200 |
3 |
27
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
C
A B
Âàриàнт 1
C
A B
Âàриàнт 2
28
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
C
A B
Âàриàнт 3
C
A B
Âàриàнт 4
29
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
H2O
1
S1 |
S |
|
2 |
Âàриàнт 5
H2O
1
S1 |
S2 |
Âàриàнт 6
30