Методи розділення рідких систем

План лекції

1. Взаємна розчинність рідин. Обмежена взаємна розчинністю рідин.

2. Екстракція. Закон Нернста-Шилова.

3. Фракційна перегонка рідких сумішей летких речовин. Закони Коновалова.

Рекомендована література: [1] С.310-318, 324-328, [2] С.54-55, [3] С.80-81.

6.1 Взаємна розчинність рідин

Під час змішування двох рідин з обмеженою взаємною розчинністю система розшаровується на два насичених розчини. За сталої температури вони мають строго визначений склад, який не змінюється після додання у систему нових порцій рідин, змінюється лише відносні кількості розчинів. На рис. 6.1 наведено діаграму, що характеризує взаємну розчинність води і бутанолу. Криву аКb називають кривою розшаровування. Вона розділяє області існування гомогенної та гетерогенних систем. Точка К відповідає верхній критичній температурі розчинення. Будь-які точки, що лежать поза кривою аКb, відповідають рідкому розчину. Якщо ж фігуративна точка лежить усередині області розшаровування,то система розшаровується на два розчини, склад яких визначається точками перетину нод-ізотерм з кривою розшаровування.

Рисунок 6.1– Діаграма стану системи вода-бутанол.

Екстракція

Якщо до системи, що складається з двох взаємно нерозчинних рідин, додати речовину, яка розчиняється в обох рідинах, то утворюється система двох розчинів цієї речовини з концентраціями С ₁ і С ₂. Для такої системи визначено, що відношення концентрацій розчиненої речовини у двох рідких фазах за сталої температури є величиною сталою незалежно від загальної кількості цієї речовини. Цю залежність називають законом Нернста-Шилова:

, (6.1)

де К – коефіцієнт розподілу. Закон розподілу дає змогу обґрунтувати процес екстракції – вилучення розчиненої речовини з розчину шляхом додання до нього іншого розчинника. Екстракцію звичайно здійснюють у декілька циклів:

, (6.2)

де m ₀ – вихідна кількість розчиненої речовини у об'ємі розчину V ₀; m_n – кількість розчиненої речовини, що залишилась у розчині після n -циклів екстракції; V – об’єм розчинника, що додається до розчину; К – коефіцієнт розподілу.

Фракційна перегонка

Як відомо, процес кипіння супроводжується утворенням насиченої пари. Залежність складу пари від складу рівноважного з нею розчину двох летких рідин була встановлена Д.П.Коноваловим.

І закон Коновалова – "Підвищення відносного вмісту компонента в рідкій фазі завжди викликає збільшення його вмісту в парі. При цьому пара порівняно з рівноважною з нею рідиною багатша на той компонент, додавання якого до системи зменшує температуру кипіння суміші". На рис. 6.1 наведена діаграма кипіння системи з двох рідин – А і L. Вище кривої abl, яка показує складнасиченої пари, система знаходиться у газоподібному стані. Нижче кривої adl, яка характеризує складкиплячої рідини, система знаходиться у рідкому стані. Точки a і l відповідають точкам кипіння рідин А і L відповідно. Для визначення складу насиченої пари над киплячою рідкою сумішшю, яка містить по 50 моль. % речовин А і L (точка d) проводимо ізотерму (ноду) до її перетину з кривою abl (точки b) і визначаємо склад пари: 76 % А і 24 % L. Насичена пара, відповідно закону Коновалова, містить більше речовини А, порівняно з рівноважним з нею рідким розчином.

Рисунок 6.1 – Діаграма кипіння системи двох летких рідин

ІІ закон Коновалова "На кривих температур кипіння двокомпонентних систем існують екстремальні точки (мах і мін), які відповідають розчинам, склад яких однаковий із складом рівноважної з ним пари. Такі розчини називають азеотропними".

Фракційною перегонкою називають процес розділення розчину на окремі компоненти шляхом багатократного повторення операцій випаровування і конденсації. Фракційну перегонку незручно здійснювати у кілька послідовних стадій, тому її проводять у формі безперервного процесу, при якому операції конденсації і дистиляції автоматизовані. Такий процес називається ректифікацією, а апарати, в яких вона здійснюється – ректифікаційними колонами.

 

Лекція № 7

Електрохімічні процеси

План лекції

1. Електрохімічні процеси у розчинах електролітів. Іонна сила електролітів.

2. Електроди. Електродний потенціал. Електроди І-го і ІІ-го роду. Окисно-відновні електроди. Рівняння Нернста.

3. Електрохімічні системи. Електрорушійна сила.

4. Вимірювання електродних потенціалів. Водневий електрод.

Рекомендована література: [1] С.409-435, [2] С.76-83, [4] С.182-192, 312-318.