Всего на сайте:
236 тыс. 713 статей

Главная | Добыча и разработка природных ресурсов

Растворы  Просмотрен 113

 

Растворами называют гомогенную часть многокомпонентной системы, состав которой может произвольно меняться, относительное содержание компонентов в растворе может быть любым.

Состав – основная характеристика растворов, выражается:

1) в относительных единицах хi = пi / пр-ра – молярная доля х1 + х2 + … хк = 1(100%)

2) в специальных:

а) молярная концентрация

сi = пi /Vр-ра [c] = 1 моль/л = М(молярность)

n- количество растворённого вещества

V – объём раствора

б) моляльная концентрация

mi = ai /(Mi ×g) [mi] = 1 моль/кг = 1 Мл (моляльность)

g– масса растворителя

аi, Mi – масса, молярная масса растворённого вещества.

Моляльная концентрация определяется число моль вещества, растворённых в 1кг растворителя.

 

В растворах наблюдается диффузия растворённого вещества и растворителя, это приводит к выравниванию концентрации в объёме раствора.

Если отделить раствор от растворителя через мембрану (полупроницаемую перегородку типа сита), то наблюдается односторонняя диффузия растворителя к раствору, которая называется осмосом. А давление частиц растворённого вещества на мембрану называется осмотическим давлением.


Вант – Гофф (1887г) установил закон:

Осмотическое давление π(пи) пропорционально молярности раствора и температуре

π = сRT - для растворов неэлектролитов.

π = iсRT – для электролитов.

i– изотонический коэффициент, поправка на диссоциацию.

i = 1 + a(К - 1)

a - степень диссоциации

К–число ионов, на которое распадается электролит, например

К(NaCl) = 2; K(K2SO4) = 3

[π] = Па.

 

Давление пара над жидкостью зависит от испаряемости и температуры. Давление пара над чистым растворителем РА° всегда выше давления пара над раствором с нелетучим компонентом РА.

РА° > PA PA° – PA = DP

Рауль (1884г) устанавливает закон: РА = РА°ХА – первый закон Рауля.

Давление пара над раствором нелетучего вещества пропорционально мольной доле растворителя в растворе.

Или после преобразования получим вторую формулу закона Рауля

DР/РА° = ХВ DР/РА° - депрессия раствора.

Для растворов электролитов перед Х вводится изотонический коэффициент.

 

Из-за понижения давления пара растворителя над растворами нелетучих веществ температура замерзания растворов всегда ниже температуры замерзания чистых растворителей, а температура кипения выше.

TЗ > TЗ׳ TЗ׳, TЗ – температура замерзания раствора и растворителя.

 

З = ТЗ - ТЗ׳ – понижение Т замерзания

ТК׳ > TK TK׳, TK – температура кипения раствора и растворителя.

К = ТК׳ – TK – повышение Т кипения.

 

Второй закон Рауля устанавливает:

Понижение температуры замерзания и повышение температуры кипения раствора пропорционально моляльности (m) раствора с нелетучим компонентом.

З = КК×m

– второй закон Рауля.

DTK = Kэб × m

 

где КК – криоскопическая постоянная;

Kэб – эбуллиоскопическая постоянная.

 

Для каждого растворителя имеется своя КК, Kэб (справочная величина).

Для растворов электролитов перед m вводится i.

Многие жидкости можно смешивать в любых пропорциях – неограниченно растворимые жидкости (вода и уксусная кислота), в других случаях – ограниченно растворимые (вода и фенол), в третьем случае взаимонерастворимые жидкости (вода и углеводороды).

В идеальных растворах силы межмолекулярного взаимодействия между молекулами одинаковы, то есть испарение каждой из жидкостей происходит независимо от другой и к каждой из жидкостей применяется 1 закон Рауля.

 

Рсм = РА + РВ = ХА × РА° + ХВ × РВ°

 

Применяя к таким системам закон Дальтона: РА = Рсм ХАn; PB = Pсм×ХВn

и 1 закон Рауля РА = РА°ХА; РВ = РА°ХВ

А, В – компоненты смеси (растворённое вещество и растворитель)

ХАn; XBn – молярные доли компонентов в паре над раствором

Получаем закон Рауля – Дальтона:

 

РА°/РВ° = a - относительная испаряемость.

Если a > 1, то относительное содержание компонента А в паре над раствором больше, чем в растворе.

Если a < 1, то наоборот компонента В больше в паре, чем в растворе.

Если a = 1. состав пара над раствором одинаков с составом раствора.

На этом законе основываются процессы перегонки, ректификации. Это массообменные процессы.

Перегонка– общепринятый метод разделения смеси жидкостей на составные части или для выделения какого-либо компонента из сложной смеси, основан на разности температур кипения.

Для увеличения степени разделения компонентов применяют перегонку с дефлегматором.

Ректификация – более эффективный способ разделения, основывается на непрерывном и многократном чередовании испарения жидкости с конденсацией пара в ректификационной колонне.

Эти процессы основываются на законах Коновалова.

1 закон Коновалова:

Над двойной жидкой системой пар относительно жидкости богаче тем компонентом, прибавление которого к системе повышает общее давление пара – понижает температуру кипения смеси при данном давлении.

 

2 закон Коновалова:

Экстремумы (max или min) на кривых давления пара над растворами соответствуют жидкости и пару с одинаковым составом.

Растворы, состав которых отвечает указанным экстремальным точкам, называют азеотропными смесями – нераздельно кипящие смеси (то есть разделить их простой перегонкой невозможно), с одинаковым составом жидкости и пара.

Перегонка с водяным паром используется для снижения температуры перегонки, то есть смесь кипит при Т = const, которая ниже самого низкокипящего компонента – воды (вещество А). Тперегонки < 100°C.

Используя закон Дальтона Рi Vсм = miRT/Mi. можно вывести формулу расходного коэффициента Х:

Он выражает массу водяного пара (mA), приходящееся на 1кг пара органического вещества (mB) в паре над смесью.

МА, МВ – молярные массы воды и органического вещества.

 

Если в систему, состоящую из двух взаимонерастворимых жидкостей ввести третье вещество, которое растворимо в обеих жидкостях, то оно распределится между ними определённым образом.

 

В 1890г. Нернст сформулировал закон распределения.

При Т = const отношение концентраций вещества (третьего компонента), растворённого в двух фазах, постоянно.

c12 = K K – коэффициент распределения.

 

1)n2 = Кзакон распределения Шилова.

n – const, зависит от Т, природы всех компонентов.

 

На законе распределения основан метод экстрагирования или экстракция – способ извлечения веществ из сложных систем, обработкой их селективным растворителем – выборочным экстрагентом.

В результате экстракции образуется экстракт – раствор извлечённых компонентов в экстрагенте и рафинат – обработанная смесь, обеднённая извлекаемым компонентом (исходная смесь).

Экстракцию обычно ведут ступенчато, n-кратно.

Расчёты ведут по формуле:

где V0 – объём исходного раствора, в котором находится извлекаемый компонент;

VЭ– объем экстрагента;

К – коэффициент распределения;

g0 – масса экстрагируемого вещества в исходном растворе;

g1 – масса экстрагируемого вещества в рафинате;

g0 – g1 – масса экстрагируемого вещества в экстракте;

п – число ступеней экстракции.

 

При соприкосновении газа с жидкостью происходит поглощение газов жидкостью – процесс абсорбции.

Этот процесс характеризуется коэффициентом абсорбции a - это тот объём газа, приведённый к н.у., который приходится на 1 объём жидкости при нормальном давлении и данной Т.

Зависимость растворимости газа от давления выражается законом Генри:

При Т = const растворимость газа в жидкости прямо пропорциональна давлению этого газа над раствором.

Сж = К Р - закон Генри

где Сж – концентрация газа в жидкости

Р – давление этого газа

К – коэффициент Генри.

 

При T = const сжг = S

где сг – концентрация газа в газовой фазе.

S – коэффициент растворимости.

Взаимосвязь между a и S выражается следующей формулой: S/a = Т/Т0

 

Для газовой смеси используется закон Генри-Дальтона:

сi = K'Pi

При T = const растворимость каждого компонента идеальной газовой смеси в жидкости прямо пропорциональна давлению этого газа (парциальное Р) в смеси газов над раствором.

 

Предыдущая статья:Тема 1.6. Фазовое равновесие Следующая статья:Пример 7, Какой из компонентов будет содержаться в дистилляте, если смесь состои..
page speed (0.283 sec, direct)