Raoults Law: Vapor Pressure und Volatile Solutes (in Ideal Solutions) Der entscheidende Punkt, um sich an Lösungen mit zwei (oder mehr) flüchtigen Komponenten zu erinnern Alle Komponenten sind in dem mit der Lösung in Berührung stehenden Dampf vertreten. Das ist wichtig: ALLE Komponenten. In einer Lösung mit einem nichtflüchtigen gelösten Stoff liegt nur der reine Dampf des Lösungsmittels oberhalb der Lösung vor. 100 des nichtflüchtigen gelösten Stoffes bleibt in Lösung, keiner von ihnen tritt in den Dampf oberhalb der Lösung ein. Übrigens werden wir auf dieser einführenden Ebene nur Lösungen mit zwei flüchtigen Komponenten diskutieren. Komplexere Lösungen (mit drei oder mehr flüchtigen Komponenten) werden auf einer Ebene diskutiert, die über den Bereich der ChemTeams-Mission hinausgeht. Beachten Sie auch die Anwesenheit des Wortes ideal im Titel. Wir werden das wirkliche Verhalten von Lösungen in einem anderen Tutorial besprechen. Die Schlüsselgleichung ist Raoults Law, aber in einer leicht ausgedehnten Form, wie es zuerst präsentiert wird: P-Lösung P176 A chi A P176 B chi B Die Indizes A und B stehen für die beiden verschiedenen flüchtigen Substanzen in der Lösung. Beispiel 1: Eine Lösung besteht aus 1,40 Mol Cyclohexan (P176 cy 97,6 Torr) und 2,50 Mol Aceton (P176 ac 229,5 Torr). Was ist P total. Der Gesamtdampfdruck, oberhalb dieser Lösung 1) Berechnen Sie den Molenbruch jeder Substanz: Cyclohexan 8658 1,40 mol (1,40 mol 2,50 mol) 0,358974359 Aceton 8658 2,50 mol (1,40 mol 2,50 mol) 0,641025641 x (97,6 torr) (0,358974359) (229,5) ) (0.641025641) x 35.03589744 147.1153846 182.15 torr 182 torr (bis 3 sf) Es gibt etwas sehr Wichtiges über die obige Berechnung für den Dampfdruck der Lösung. Es ist, dass wir auch die Dampfdrücke der beiden Komponenten des Dampfes kennen. Dies ist wichtig, weil es uns erlaubt, die Zusammensetzung (unter Verwendung von Mol-Fraktionen) des Dampfes zu berechnen. Wie teilt jeder Teil Dampf Dampf durch den gesamten Dampfdruck. Heres die Berechnung für das Beispiel: chi für Cyclohexan 8658 35.0359 torr 182.15 torr 0.19 chi für Aceton 8658 147.1154 torr 182.15 torr 0.81 (Übrigens wissen wir, dass der Druck direkt proportional zur Anzahl der Mole aus der Berücksichtigung des Ideal Gasgesetzes ist. ) Ein wichtiger Punkt über das obige Ergebnis ist: Der Dampf ist reicher an der Komponente mit dem höheren Dampfdruck als die Lösung. In unserem Beispiel hatte das Aceton in der Lösung chi 0,64, aber der Aceton-Mol-Anteil im Dampf entspricht 0,81. Die Komponente mit dem höheren Dampfdruck ist mehr davon im Dampf (bei Verwendung von Molenbrüchen) als in der Lösung. Wenn wir den Dampf von der Lösung ständig wegfegen würden, dann würde mehr von der Lösung verdampfen. Was aber dann geschieht, ist, dass wir mehr und mehr von der Komponente mit dem höheren Dampfdruck entfernen (aus der Lösung). Diese Tatsache erlaubt uns die Möglichkeit, zwei flüchtige Bestandteile in einer Lösung zu trennen und jede Substanz in einer (relativ) reinen Form zu erhalten. Der allgemeine Name des Trennungsprozesses, der die Volatilitätsunterschiede ausnutzt, ist die Destillation. Es ist ein äußerst wichtiger Forschungs - und Industrieprozess. Allerdings ist mir bitte bewusst, dass die Realität viel komplexer ist als die Diskussion gerade oben. Diese Diskussion ist für eine andere Zeit, eine andere Klasse. Sie könnten interessiert sein zu wissen, dass es einige Lösungen gibt, die der Destillation widerstehen. Diese Lösungen heißen azeotrope. Hier ist der Beginn des Wikipedia-Eintrags: Ein Azeotrop ist eine Mischung aus zwei oder mehr Flüssigkeiten (Chemikalien) in einem solchen Verhältnis, dass seine Zusammensetzung nicht durch einfache Destillation verändert werden kann. Dies geschieht, weil, wenn ein Azeotrop gekocht wird, der resultierende Dampf das gleiche Verhältnis von Bestandteilen wie die ursprüngliche Mischung aufweist. Beachten Sie, wie die Zusammensetzung der Lösung und der Dampf gleich sind. Dies bedeutet, dass es in einigen Fällen extrem schwierig (wenn auch nicht unmöglich ist), ein Azeotrop zu destillieren. Beispiel 2: Eine Lösung wird durch Mischen von 0,0400 Mol CH & sub2; Cl & sub2; und 0,0800 Mol CH & sub2; Br & sub2; bei 25 176ºC hergestellt. Angenommen, die Lösung ist ideal, berechnen die Zusammensetzung des Dampfes (in Form von Mol-Fraktionen) bei 25 176C. Bei 25 176C sind die Dampfdrücke von reinem CH 2 Cl 2 und reinem CH 2 Br 2 133 bzw. 11,4 Torr. 1) Berechnen Sie den Molenbruch jeder Substanz: CH 2 Cl 2 8658 0,0400 mol (0,0400 mol 0,0800 mol) 0,333 CH 2 Br 2 8658 0,0800 mol (0,0400 mol 0,0800 mol) 0,667 P-Lösung (133 Torr) (0,333) (11,4 Torr ) (0.667) 44.289 torr 7.604 torr 51.893 torr Ich werde hier nicht runden, weil ich zu den Mol-Fraktionen in den Dampf gehen will. 3) Berechnen von Molenbrüchen in Dampf: CH 2 Cl 2 8658 44,289 51,893 0,8535 CH 2 Br 2 8658 7,604 51,893 0,1465 Ich habe tatsächlich den zweiten Molenbruch durch Subtraktion (1 minus 0,8535) durchgeführt. Beispiel 3: C 10 H 16 und C 10 H 18 O sind zwei der vielen Verbindungen, die in Parfums und Kosmetika verwendet werden, um einen frischen Tannenduft zu liefern. Bei 69,0 176C haben die reinen Substanzen Dampfdrücke von 100,3 Torr und 9,8 Torr. Was ist die Zusammensetzung des Dampfes in Form von Mol-Fraktionen oberhalb einer Lösung, die gleiche Massen dieser Verbindungen bei 69,0 176C enthält. Nehmen Sie ideales Verhalten an. 1) Berechnen Sie den Molenbruch jeder Substanz: Nehmen Sie 50,00 g jeder Substanz an. (Sie können jede Masse von jedem Stoff auswählen, so lange sie gleich sind. Genau wie Henry Ford und das Modell A: Sie können jede Farbe des Autos haben, so lange es schwarz war.) C 10 H 16 8658 50,00 G 136.2364 gmol 0,36701 mol C 10 H 18 O 8658 50,00 g 154,2512 gmol 0,32415 mol chi C 10 H 16 0,36701 mol (0,36701 mol 0,32415 mol) 0,531 chi C 10 H 18 O 0,32415 mol (0,36701 mol 0,32415 mol) 0,469 P-Lösung (100,3 (0,031) (9,8 Torr) (0,469) 53,2593 Torr 4,5962 Torr 57,8555 Torr 3) Berechnen von Molenbrüchen in Dampf: C 10 H 16 8658 53,2593 57,8555 0,9206 C 10 H 18 O 8658 4,5962 57,8555 0,0794 Beispiel 4: Bei einer bestimmten Temperatur , Die reinen Dampfdrücke von Benzol (C 6 H 6) und Toluol (C 7 H 8) sind P ben 94,6 Torr und P tol 29,1 Torr. Was sind die Molanteile von Benzol und Toluol, Chi Ben und Chi Tol sowohl in der Flüssigkeit als auch in den Dampfphasen oberhalb einer Mischung, bei der der Gesamtdampfdruck P bis 82,0 Torr beträgt). Raoults Gesetz für eine Lösung von zwei Flüchtigen ist: P total P176 ben chi ben P176 tol chi tol 82,0 (94,6) (x) (29,1) (1 - x) 82,0 94,6 x 29,1 - 29,1 x 2) Die Molfraktionen im Dampf sind wie folgt: Benzol: (94,6) (0,8076336) 76,4 Torr Toluol (kann auch durch Subtraktion getan werden) (29.1) (0.1923664) 5.59786 Torr Die Tatsache, dass sich die beiden berechneten Mol - fraktionen auf 0,9997 addieren, ist auf Rundungsfehler auf dem Weg zurückzuführen. Beispiel 5: Berechnen Sie den Dampfdruck einer Lösung von 74,0 g Benzol (C 6 H 6) in 48,8 g Toluol (C 7 H 8) bei 25,0 176 ° C. Der Dampfdruck von Benzol beträgt 95,1 Torr und Toluol bei dieser Temperatur bei 28,4 Torr. 1) Bestimmen Sie Mol von Benzol und Toluol: Benzol --- 74,0 g 78,1134 gmol 0,94734 mol Toluol --- 48,8 g 92,1402 gmol 0,52963 mol 2) Bestimmen Sie den Molenbruch jeder Substanz: Benzol --- 0,94734 mol (0,94734 mol 0,52963 mol ) 0.6414 Toluol --- 1 - 0.6414 0.3586 3) Raoults Gesetz für eine Lösung von zwei flüchtigen Bestandteilen ist: P Gesamt P176 ben chi ben P176 tol chi tol P gesamt (95.1) (0.6414) (28.4) (0.3586) P gesamt 61.0 Torr 10.2 torr 71.2 torr 4) Obwohl nicht gefragt, können Sie die Zusammensetzung des Dampfes: Benzol-Dampf-Mol-Fraktion --- 61,0 71,2 0,85674 Toluol-Dampf-Mol-Fraktion --- 1 - 0.85674 0.14326 Hinweis Ich habe nicht zu viel Aufmerksamkeit zu zahlen Zu sig Feigen Denken Sie daran, mit minimaler Abrundung zu berechnen und runden Sie dann die korrekte Anzahl von Sig Feigen am Ende ab. Seien Sie sich bewusst, dass der andere Molenbruch durch Subtraktion erhalten wird. Runden Sie den ersten Mol-Bruch auf die richtige Anzahl der Sig-Feigen ab, und führen Sie dann den einen Minus-Vorgang aus. Dampfdruckdiagramme und Siede-Diagramme Wir sind nun bereit, über Phasendiagramme mit zwei Komponenten zu sprechen. Unsere ersten paar Phasendiagramme beinhalten nur die Flüssig - und Gas - (oder Dampf-) Phasen. Später diskutieren wir Zweikomponenten-Phasendiagramme mit Flüssigkeiten und Feststoffen. Man betrachte eine Lösung von zwei Flüssigkeiten, z. B. Benzol und Toluol bei konstanter Temperatur. Benzol und Toluol bilden sehr nahezu ideale Lösungen, so dass wir die Lösung als ideal betrachten werden. Wir wissen, daß eine ideale Lösung dem Raoults-Gesetz gehorcht, also für jede Komponente, die wir haben müssen, (1) wobei pi der Partialdruck der Komponente i oberhalb der flüssigen Mischung (oder der Dampfdruck von i in der Mischung) ist, X i der Mol-Anteil der Komponente i in der Flüssigkeit und pi ist der Dampfdruck der reinen Komponente i. Wenn wir nun die Temperatur konstant halten und den Dampfdruck einer Benzol-Toluol-Lösung als Funktion der Komposition aufzeichnen, würden wir einen Graphen erhalten, der so etwas aussah (1) Auf diesem Diagramm (Abbildung 1) ist die gepunktete Linie, die von Tol läuft VP zu senken rechts Bz Ecke ist der Raoults Gesetz Dampfdruck von Toluol. Die gepunktete Linie, die von der unteren linken Tol Ecke zu Bz VP läuft, ist der Raoults Gesetz Dampfdruck von Benzol. Die durchgezogene Linie von Tol VP bis Bz VP ist der Gesamtdampfdruck der Lösung, der nur die Summe der beiden Raoults-Gesetzdampfdrücke ist (die Summe zweier Geraden ist eine Gerade). Es gibt keine Angabe über das obige Diagramm, was die Zusammensetzung des Dampfes bei jedem Druck ist. Wir wissen, daß bei jedem gegebenen Druck der Dampf in der flüchtigeren Komponente reicher wird, in diesem Fall reicher an Benzol. In unserer ersten Diskussion über Raoults-Gesetz arbeiteten wir ein Problem, bei dem die Zusammensetzung einer Benzol-Toluol-Lösung 0,400 Mol-Fraktion Benzol war, aber der Dampf im Gleichgewicht mit der Flüssigkeit war 0,649 Mol-Fraktion Benzol. Dies bedeutet, dass wir eine andere Linie zeichnen müssen, um die Zusammensetzung des Dampfes bei jedem Druck anzuzeigen. (2) In Fig. 2 haben wir die untere gekrümmte Linie von Tol VP zu Bz VP hinzugefügt, um die Zusammensetzung des Dampfes bei jedem Druck zu zeigen. Der Bereich zwischen der gekrümmten Linie und der geraden Gesamtdampfdruckleitung ist ein Zweiphasenbereich. Ein einzelner Punkt innerhalb dieses Bereichs entspricht nicht einem Zustand des Systems, weil wir im Zweiphasenbereich eine Dampfphase und eine Flüssigphase im Gleichgewicht zueinander haben. So muss ein Punkt in dieser Region zwei verschiedenen Kompositionen entsprechen. Die Art, wie wir diese beiden verschiedenen Kompositionen finden, ist, eine Krawattenlinie zu zeichnen. Obwohl ein Punkt innerhalb des zweiphasigen Bereichs uns nicht die Zusammensetzung der Flüssigkeit oder der Dampfphase gibt, gibt es die Gesamtzusammensetzung des gesamten Systems. Die Bindungslinie ist eine horizontale Linie durch diesen Punkt, der die beiden Grenzlinien des Zweiphasenbereichs schneidet. Der Schnittpunkt unserer horizontalen Linie (die Bindungslinie) mit der Grenzlinie auf der flüssigen Seite des Gebietes zeigt uns die Zusammensetzung der Flüssigkeit und der Schnittpunkt der Bindungslinie mit der Grenzkurve auf der Dampfseite, erzählt uns die Zusammensetzung der Dampfphase. Jetzt müssen wir mit nonideal Lösungen umgehen. Wir unterscheiden zwei Fälle: positive Abweichungen vom Raoults-Gesetz und negative Abweichungen vom Raoults-Gesetz. Nonideal-Lösungen, die positive Abweichungen vom Raoults-Gesetz haben, haben Dampfdrücke, die höher sind als Raoults-Gesetz voraussagen würde. Denn die anziehenden Kräfte zwischen den unähnlichen Molekülen sind schwächer als die anziehenden Kräfte zwischen den gleichen Molekülen. Nonideal-Lösungen, die negative Abweichungen vom Raoults-Gesetz haben, haben Dampfdrücke, die niedriger sind als Raoults-Gesetz voraussagen würde. Denn die anziehenden Kräfte zwischen den unähnlichen Molekülen sind stärker als die anziehenden Kräfte zwischen gleichen Molekülen. Ein Dampfdruckdiagramm für ein System mit positiven Abweichungen vom Raoults-Gesetz könnte qualitativ wie folgt aussehen: (3) Dieses Dampfdruckdiagramm zeigt qualitativ, wie die Dampfdrücke mit der Zusammensetzung für positive Abweichungen vom Raoults-Gesetz variieren. Wir haben nicht versucht, die Dampfzusammensetzung auf dem Diagramm zu zeichnen. Wir haben versucht zu zeigen, dass jede Komponente dem Raoults-Gesetz in der Grenze gehorcht, da sein Mol-Bruch zu einem geht. Auch werden die Dampfdrücke der einzelnen Komponenten linear in Molanteil, wenn sich der Molenbruch null annähert. Dieses letztere Phänomen wird als Henrys-Gesetz bezeichnet und wird weiter unten diskutiert. Negative Abweichungen vom Raoults-Gesetz könnten qualitativ wie das folgende Diagramm aussehen. (4) Noch einmal haben wir versucht zu zeigen, dass jede Komponente dem Raoults-Gesetz gehorcht, da sich der Mol-Bruchteil annähert und in seinem Mol-Bruch linear wird, wenn sich der Mol-Bruch null nähert. Wir haben nicht die gesamte Dampfkurve oder die Dampfzusammensetzungskurve gezeigt. Die gesamte Dampfdruckkurve wäre nur die Summe der beiden einzelnen Dampfdrücke. Da die Lösung dem Raoults-Gesetz nicht gehorcht, würde es experimentelle Daten oder eine ausgefeiltere Theorie erfordern, um die Dampfzusammensetzungskurve zu konstruieren. Wir haben oben auf die Tatsache hingewiesen, dass als X i rarr 1 für jede Komponente in einer binären Mischung der Dampfdruck dieser Komponente dem Raoults-Gesetz gehorcht. Das heißt, (1) selbst für nonideale Lösungen ist die Grenze als X i rarr 1. Jedoch wird am anderen Ende der Skala für kleine Molanteile p i proportional zu X i. Aber die Proportionalitätskonstante ist nicht p i. Das heißt, für kleine Mol-Fraktionen (2) Gleichung 2 heißt Henrys-Gesetz und die Konstante K i. Ist das Henrys Gesetz konstant. Das Henrys-Gesetz konstant hängt von der Natur des Lösungsmittels und des gelösten Stoffes ab. Es kann thermodynamisch gezeigt werden, dass in einem Konzentrationsbereich, in dem eine Komponente dem Raoults-Gesetz gehorcht, das andere dem Henrys-Gesetz zwangsläufig gehorcht. Henrys Gesetz wird am häufigsten verwendet, um die Löslichkeit von Gasen in Flüssigkeiten zu beschreiben. Lets berechnen die Löslichkeit von N 2 - Gas in Wasser bei 25 ° C und 4,0 atm Druck. Aus einer Tabelle von Henrys Gesetz Konstanten finden wir die Konstante für Stickstoff Gas in Wasser ist 6,51 mal 10 7 Torr. Aus Gleichung 2 ergibt sich (3a, b, c). Dies beträgt etwa 0,0026 mol N 2 pro Liter Wasser oder 0,073 gL. Man kann das Henrys-Gesetz verwenden, um die Menge an Sauerstoffgas zu berechnen, das in Wasser gelöst ist, das der Atmosphäre ausgesetzt ist. Das Henrys-Gesetz konstant für O 2 - Gas in Wasser bei 25 ° C ist 3,3 mal 10 7. Da Luft etwa 21 Mol Sauerstoff ist, würde bei einem Luftdruck von einer Atmosphäre der Partialdruck von O 2 etwa 0,21 atm betragen. Es ist einfach, das Henrys-Gesetz zu verwenden, um den Sauerstoffgehalt von Wasser in Kontakt mit Luft bei einem Atmosphärendruck zu berechnen (4a, b, c). Dies entspricht etwa 0,00027 Mol O 2 pro Liter Wasser oder 0,0086 gL. Das scheint nicht wie sehr viel Sauerstoff in Wasser aufgelöst, aber wir merken zwei Dinge: Thermodynamisch ist das chemische Potential des gelösten O 2 das gleiche wie das chemische Potential des O 2 im Gas im Gleichgewicht mit der Wasserlösung. Zweitens scheint dies genug zu sein, um Fische lebendig zu halten, weil Fische ihre Kiemen benutzen, um den Sauerstoff zu extrahieren und ihn zu benutzen, um Nahrung zu metabolisieren und Energie zu produzieren. (Es gibt noch andere Fragen, um Fisch am Leben zu halten, im Gleichgewicht gibt es genügend Sauerstoff, um den Fisch lebendig zu halten, aber da die Fische den Sauerstoff mit ihren Kiefern entfernen, nimmt die Sauerstoffkonzentration ab. Die Auflösung und Diffusion von O 2 durch Wasser sind Verhältnismäßig langsame Prozesse, es sei denn, es wird ein Weg gefunden, um den Sauerstoff wieder aufzufüllen, der Fisch wird sterben, in großen Gewässern ist das kein Problem, aber in kleinen Fischtanks kann es für den Fisch tödlich sein, deshalb haben die meisten Fischtanks einen Bubbler Der Bubbler erhöht die Belichtung des Wassers an den Sauerstoff in der Luft und rührt sanft das Wasser, um die Sättigung des Wassers mit Sauerstoff zu beschleunigen.) (Ein weiterer Kommentar zur Löslichkeit von Gasen in Wasser Da die Biegungen durch die Löslichkeit von Stickstoff in Wasser verursacht werden. Wir wissen aus dem Gesetz von Henrys, dass die Löslichkeit mit dem Druck zunimmt. Bei der hohen Drücke, die durch Tiefseetauchen und einige Tauchen entstehen, taucht Stickstoffgas im Blut auf, wenn der Taucher steigt Die Tiefen sehr langsam, über einen Zeitraum von vielen Stunden, wird das Blut allmählich den Stickstoff freisetzen und im Gleichgewicht mit dem umgebenden Gasdruck bleiben. Wenn jedoch der Taucher zu schnell ansteigt, wird der Stickstoff aus der Lösung kommen, wenn der Druck freigesetzt wird und Blasen von Stickstoffgas im Blut und anderen Körperflüssigkeiten bilden. Die Blasen sammeln sich an den Gelenken an und produzieren große Schmerzen und veranlassen den Taucher, sich vor Schmerzen zu verdoppeln. So wird die Bedingung als die Kurven bezeichnet. Die Biegungen können sogar zum Tode führen, es sei denn, es wird festgestellt, dass ein Weg das Stickstoffgas wieder auflöst. Kommerzielle und militärische Tauchunterstützungsschiffe tragen eine Dekompressionskammer, so dass ein Taucher schnell erzogen und dann in der Kammer wieder komprimiert werden kann. Siehe den James Bond Film, lizenziert zu töten. In der Dekompressionskammer kann der Druck allmählich freigesetzt werden, so dass der Stickstoff dem Blutstrom entweichen kann, ohne die Blasen zu bilden und es unnötig zu machen, an der Tauchstelle zu bleiben, um den Taucher langsam zu bringen.) Die oben gezeigten Diagramme, wo wir Dampf auftragen Drücke als Funktion der Zusammensetzung bei konstanter Temperatur sind nicht die notwendigen Diagramme. Da wir in einer mehr oder weniger konstanten Druckumgebung leben, ist es nützlicher und interessanter, die Eigenschaften der Lösung als Temperatur gegenüber der Zusammensetzung zu zeichnen. Denken Sie an die Dampfdruckdiagramme, die wir oben als Scheiben bei konstanter Temperatur durch ein dreidimensionales Diagramm gezeigt haben, das die Eigenschaften der Mischung als Funktion von Temperatur, Druck und Zusammensetzung zeigt. Die Linien in den obigen Dampfdruckdiagrammen erscheinen auf diesem dreidimensionalen Diagramm als Flächen, und die Punkte, wie Siedepunkte, sind gekrümmte Linien. (Weil sich der Siedepunkt mit wechselndem Druck ändert). Nun, anstatt Scheiben bei konstanter Temperatur zu nehmen, können wir Scheiben durch unser dreidimensionales Diagramm bei konstantem Druck nehmen. Wenn wir unsere Scheibe bei einem Druck von einer Atmosphäre nehmen, würde das neue Diagramm, das so genannte Siedeplan genannt wird, so aussehen, (5) Dieses Diagramm wird als Siedeplan bezeichnet. Beachten Sie, dass an den Kanten Punkte haben, die die Siedepunkte der reinen Komponenten darstellen. Die untere Kurve gibt den Siedepunkt der flüssigen Mischung als Funktion der Zusammensetzung an. Angenommen, wir wählen einen Punkt auf der unteren Kurve, z. B. einen Molenbruch von Benzol von etwa 0,33. Dieser Punkt ergibt den Siedepunkt einer Mischung, die 0,33 Mol-% Benzol ist. Wir können fragen, was ist die Zusammensetzung des Dampfes, der im Gleichgewicht mit der Flüssigkeit bei dieser Temperatur ist Da wir eine Frage über etwas bei dieser Temperatur fragen, die Temperatur des Punktes, klar die Dampfzusammensetzung muss auf einer horizontalen (konstant) liegen Temperatur) Linie durch diesen Punkt. Wir wissen, daß bei jedem gegebenen Temperatur und Druck die Zusammensetzung des Dampfes in der flüchtigeren Komponente reicher sein muß und Benzol die flüchtigere Komponente ist. So müssen wir unsere konstante Temperaturlinie von dem Punkt nach rechts ziehen. (7) Wir nennen diese Linie eine Bindungslinie und sie schneidet die obere Kurve bei der Zusammensetzung des Dampfes im Gleichgewicht mit der Flüssigkeit bei der gleichen Temperatur. Der Bereich zwischen den beiden Kurven ist ein zweiphasiger Bereich. In dieser Region sind zwei Phasen, Flüssigkeit und Gas, im Gleichgewicht zueinander und wir müssen in der Lage sein, die Zusammensetzungen beider Phasen zu verfolgen. Über der oberen Kurve ist die Probe vollständig verdampft und das System ist gänzlich ein Gas. Unterhalb der untersten Kurve ist keine der Probe verdampft und das System ist völlig flüssig. Zwischen den beiden gekrümmten Linien besteht das System aus zwei Phasen im Gleichgewicht, und wir müssen die Bindungslinie zeichnen, um die Zusammensetzung der beiden Phasen zu verfolgen. Wenn wir eine flüssige Mischung bei einer Zusammensetzung von etwa 0,33 Molanteil Benzol erhitzen, wird die Flüssigkeit die Zusammensetzung am Punkt a zeigen, wenn die Flüssigkeit zuerst beginnt zu kochen. (8) Der erste Dampf, der herauskommt, wird die Zusammensetzung am Punkt b haben. Während wir das System weiter erhitzen, wird die flüchtigere Komponente bevorzugt verdampfen und die flüssige Phase wird in der weniger flüchtigen Komponente (Toluol hier) reicher. Während wir die Mischung weiter erhitzen, wird das Toluol allmählich in der Dampfphase zum Benzol aufholen. Das letzte Bit der Flüssigkeit zum Verdampfen wird die Zusammensetzung am Punkt c zeigen, und der Dampf wird die ursprüngliche Zusammensetzung haben, mit der wir begonnen haben, d (oder a). Beachten Sie, dass, während wir das System heizen, die Bindungslinie mit den unteren und oberen Kurven spürt, um die Zusammensetzung von Flüssigkeit und Dampf im Gleichgewicht zu geben. Siedediagramme liefern eine Erklärung für die fraktionierte Destillation. Angenommen, wir beginnen mit einer flüssigen Mischung mit 0,33 Molanteil Benzol. (9) Wenn wir die Flüssigkeit erhitzen, beginnt sie zu kochen, wenn die Temperatur die Temperatur des Punktes a erreicht. Der erste Dampf, der herauskommt, hat die Zusammensetzung, die bei Punkt b gezeigt wird. Erfassen Sie den Dampf, kondensieren Sie ihn und heizen Sie ihn auf. Die neue Flüssigkeit kocht an Punkt c, was einen Dampf mit Komposition am Punkt d ergibt. Erfangen Sie diesen Dampf, kühlen Sie ihn ab und kochen Sie es an Punkt, e und so weiter. Durch Fortsetzung dieses Prozesses kann der Dampf in Benzin wie gewünscht gemacht werden. Dies ist, was fraktionierte Destillation tut. Es gibt mehr moderne Wege, um Mischungen zu trennen, zum Beispiel Chromatographie, aber fraktionierte Destillation hat noch industrielle und einige Labor-Bedeutung. Siede-Diagramme für nonideale Lösungen Wir haben oben gesehen, dass eine Lösung mit positiven Abweichungen vom Raoults-Gesetz einen höheren Dampfdruck aufweist, als dies durch Raoults-Gesetz gegeben wäre. Das bedeutet, dass die Lösung bei einer niedrigeren Temperatur kochen würde, als man es aus dem Raoults-Gesetz erwarten würde. Ein Siedeplan für eine solche Substanz könnte wie folgt aussehen: (10) Punkt a bezeichnet eine konstante Siedemischung, genannt Azeotrop. In diesem Fall ist es ein niedrigsiedendes Azeotrop. Wir haben in einigen Zick-Zack-Linien gezeichnet, um zu zeigen, warum fraktionierte Destillation keine vollständige Trennung der Mischung in ihre Komponenten ergibt. In einer Mischung mit negativen Abweichungen vom Raoults-Gesetz ist der Dampfdruck niedriger als man aus dem Raoults-Gesetz erwartet, das Siedepunkte höher als erwartet und ein hochsiedendes Azeotrop erzeugen wird. (11) In Abbildung 11 zeigt der Punkt a das hochsiedende Azeotrop. Es stellt sich heraus, dass die Zusammensetzung des Azeotrops eine Funktion des Drucks ist. Man kann eine Lösung mit sehr genau bekannter Zusammensetzung erhalten, indem man sie kocht, bis das hochsiedende Azeotrop erreicht ist. Zum Beispiel gibt es Tabellen in der Literatur, die die Zusammensetzung des hochsiedenden HCl-H 2 O-Azeotrops als Funktion des Drucks geben. Durch die Messung der lokalen atmosphärischen Druck und gehen auf den Tisch können Sie die Zusammensetzung der hochsiedenden Azeotrop zu einer Genauigkeit genug für Säure-Basis-analytische Arbeit zu erhalten. Beispielsweise betrachten wir die folgenden Daten von Harris, Quantitative Chemical Analysis, 6th Ed, Freeman, 2003. P (Torr) gHCl100g Lösung 770 20.196 760 20.220 750 20.244 740 20.268 730 20.292 Siehe auch Foulk und Hollingsworth, J. Am. Chem. Soc. . 45 1223 (1923). Von hier aus können Sie: Zurück zum Inhaltsverzeichnis für den dynamischen Text. Oder Rückkehr zur WRS Home Page. Copyright 2004, W. R. 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