С ограниченной растворимостью

Цель работы: овладение экспериментальным методом определения растворимости и построение изотермы растворимости в треугольной системе координат.

Реактивы: дистиллированная вода, органические жидкости (по указанию преподавателя из табл. 2.4).

Теоретические сведения

В процессах жидкостной экстракции нельзя использовать компоненты, которые смешиваются в любых соотношениях. Системы с ограниченной взаимной растворимостью, представляющие интерес для жидкостной экстракции, могут включать одну, две или три пары частично смешивающихся жидкостей.

Система с одной парой частично смешивающихся жидкостей наиболее часто используются в практике. В них из трех компонентов А, В и С две пары А–С и В–С смешиваются во всех соотношениях, а жидкости А и В – частично. Состояние таких систем является функцией состава и температуры. Влияние давления на системы из несжимаемых жидких компонентов незначительно.

Равновесие трехкомпонентных систем обычно представляют графически: для изображения состава используется равносторонний треугольник, температурной осью служит нормаль (перпендикуляр) к плоскости треугольника. В изотермических условиях (Т = const) для описания состояния системы достаточно ограничиться треугольником, вершины которого соответствуют чистым компонентам А, В и С, стороны – двухкомпонентным смесям А-В, А-С, В-С, плоскость внутри треугольника – трехкомпонентным смесям (рис. 2.2).

Линии, параллельные стороне треугольника, представляют собой геометрическое место точек с постоянной концентрацией третьего компонента, возрастающей от нуля (на стороне) до 100 % в соответствующей противолежащей вершине треугольника. Координаты точки пересечения двух таких прямых определяют состав трехкомпонентной смеси.

Рис. 2.2. Треугольная система координат

Для определения координат точки внутри треугольника применяют два способа. В первом (рис. 2.3) используют одно из свойств равностороннего треугольника – равенство суммы перпендикуляров, опущенных из любой точки, и высоты CL
(DM + FM + EM = CL), длина которой приравнивается к 100 %, а соответствующих перпендикуляров – процентному содержанию каждого из трех компонентов (DM – компонента В, ЕМ – компонента С, FM – компонента А).

Рис. 2.3. Треугольная система координат (метод Гиббса)

Во втором методе (рис. 2.4) за единицу отсчета принимают сторону треугольника. Через заданную точку Р проводят линии, параллельные двум сторонам треугольника до пересечения с третьей стороной, длины отсекаемых отрезков на которой и характеризуют состав трехкомпонентной смеси: АМ = c, MN = b, NC = a.

Рис. 2.4. Треугольная система координат (метод Розебума)

Концентрацию растворов можно выражать в долях или процентах массовых или мольных.

Вид изотермы растворимости показан на рис. 2.5 (кривая DNPLE). Точка D характеризует насыщенный раствор компонента В в А, точка Е – растворимость компонента А в В.

Все смеси компонентов, соответствующие точкам вне площади, ограниченной кривой DNPLE, представляют собой гомогенные однофазные жидкие растворы, точки внутри области, ограниченной кривой, – двухфазные системы. Линия DNPLE описывает состав насыщенных растворов, ее называют кривой растворимости, или бинодальной кривой.

Гетерогенная смесь, состав которой описывается точкой М, расслаивается на две фазы, равновесные составы которых (точки N и L) лежат на прямой, проходящей через точку М. Прямая NL называется хордой равновесия. Все смеси, состав которых соответствует точкам на хорде равновесия, расслаиваются на растворы одного и того же состава, а относительные количества их определяют по правилу рычага:

Рис. 2.5. Изотерма растворимости

Дата добавления: 2015-07-11