МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ по выполнению лабораторно-практических занятий по дисциплине «Физическая и коллоидная химия» «Гетерогенные равновесия. Фазовые диаграммы температура кипения - состав для двухкомпонентных систем»

Оно остается постоянным при постоянной температуре вне зависимости от суммарного состава системы.

Так как суммарное давление насыщенного пара всегда больше, чем парциальные давления паров отдельных компонентов, температура кипения смеси двух взаимно нерастворимых жидкостей меньше температуры кипения чистых компонентов. При перегонке таких жидкостей эта температура остается постоянной до полного израсходования одной из жидкостей. Лишь только после этого температура может повышаться дальше.

Этот вывод имеет огромное практическое применение. Диаграммы кипения двух взаимнонерастворимых жидкостей лежат в основе технологического процесса перегонки органических веществ с водяным паром. Целью процесса является снижение температуры кипения во избежание осмоления или разрушения органических соединений с высокой температурой кипения.

Точка Е на диаграмме относится к разряду замечательных точек и называется эвтектической. Ее состав соответствует составу паровой фазы, равновесной с жидкой смесью любого состава.

3. Экспериментальная часть

Лабораторная работа №1. Знакомство с устройством и принципом работы рефрактометра

В электромагнитном поле молекулы вещества поляризуются. При этом в поле видимого света возникает только электронная поляризация. Мерой поляризуемости молекулярной электронной оболочки является рефракция. Рефракция не зависит от температуры и агрегатного состояния, это характеристическая константа вещества.

Способность вещества преломлять свет характеризуется показателем преломления или коэффициентом рефракции. Относительный показатель преломления, которым обычно пользуются для данной цели, представляет собой отношение скоростей света в воздухе и в данном веществе nо = Cо / С, а абсолютный - с учетом скорости света в вакууме равен 1,003 n.

Показатель преломления каждого вещества увеличивается при уменьшении длины волны проходящего света. Кроме того, показатель преломления в значительной степени зависит от температуры среды, Уменьшаясь при ее увеличении. В связи с этим указанные два параметра обязательно конкретизируются при обозначении величины показателя преломления, например, nDt обозначает, что показатель преломления относится к длине волны желтой линии натрия, равной 589,3 нм при определенной температуре.

Часто вместо относительного показателя преломления пользуются Удельной рефракцией, Вычисляемой по формуле Лорентц – Лоренца:

R = (N2 – 1) / (N2 + 2) .1/ ρ,

Где n – относительный показатель преломления, найденный экспериментально; ρ – плотность вещества, определенная при одной и той же температуре с относительным показателем преломления.

Еще чаще применяют величину молярной рефракции, определяемую по формуле:

R = (N2 – 1) / (N2 + 2). M / ρ,

Где М – молекулярная масса вещества.

Можно предположить, что поляризуемость молекулы приближенно равна сумме поляризуемостей составляющих ее атомов или ионов. Следовательно, молекулярная рефракция является аддитивной величиной. Для НасыЩенных веществ ее можно рассчитать по сумме атомных рефракций углерода, водорода, кислорода карбонильной группы, кислорода спиртовой группы. Если же вычисляют молекулярную рефракцию ненасыщенного вещества, то к полученным данным прибавляют еще инкрименты двойной или тройной связи по числу их.

Аддитивность имеет место и для рефракции жидких смесей (растворов). Рефракция смеси равна сумме рефракций компонентов, отнесенных к их молярным долям (χ) в смеси. При этом необходимо выполнение только одного условия: в смесях должно отсутствовать сильное межмолекулярное взаимодействие, приводящее к ассоциации. Такому условию подчиняются смеси гомологов, близких по строению и химическим свойствам.

Следовательно, для молярной рефракции бинарной смеси можно написать:

R = χ1R1 + (1 – χ1) R2.

Этой формулой можно пользоваться для расчета состава смесей.

Измерение показателя преломления

Когда луч света пересекает границу раздела двух прозрачных сред, то направление луча изменяется в соответствии с законом преломления, согласно которому отношение синусов углов падения i1 и преломления i2 есть величина постоянная:

N0 = sin i1/ sin i2.

Эта константа и называется относительным показателем преломления или коэффициентом рефракции. В основе конструкции большинства рефрактометров лежит определение предельного угла преломления или угла полного внутреннего отражения. При этом в окуляр наблюдают границу раздела света и тени. Главной частью прибора являются две прямоугольные призмы, сложенные диагональными плоскостями, между которыми помещается небольшое количество исследуемой жидкости (1-2 капли). Слой жидкости не превышает при этом 0,1 – 0,2 мм. Грань одной из призм освещается рассеянным светом, отраженным от зеркала. Лучи света проходят через призму, слой жидкости, вторую призму и, выходя наружу, попадают в зрительную трубу.

Поворачивая призмы относительно источника света, можно добиться такого их положения, что часть лучей, вошедших в первую призму, испытает полное внутреннее отражение на границе раздела призма – слой жидкости и вследствие этого не попадет ни во вторую призму, ни в зрительную трубу. Другая часть лучей, попадающих на границу раздела призма – слой жидкости под углами, меньшими предельного, попадет в зрительную трубу. В результате одна часть поля зрения окажется неосвещенной, а другая – освещенной.

Призмы поворачивают до тех пор, пока граница раздела света и тени не совпадет с находящимся в поле окуляра крестом нитей.

Определение показателей преломления на рефрактометре производят при температуре, близкой к 20оС. Проверка рефрактометра проводится с помощью пластинок с известным показателем преломления.

Техника измерения: На поверхность измерительной призмы стеклянной палочкой (обязательно оплавленной!), не касаясь призмы, наносят несколько капель испытуемой жидкости. Осторожно опускают осветительную призму и закрывают головку. Следят за тем, чтобы жидкость полностью заполняла зазор между призмами. Осветительное зеркало устанавливают так, чтобы свет поступал в осветительную призму и равномерно освещал поле зрения. Ведя наблюдение через зрительную трубу, перемещают узел осветительной и измерительной призм маховичком до тех пор, пока не появится граница света и тени. С помощью маховичка компенсатора дисперсии устраняют окрашенность границы раздела. Затем точно совмещают границу раздела с точкой пересечения нитей и отсчитывают по шкале прибора показатель преломления с точностью до 0,0002. Шкала градуирована для 20оС. Если температура опыта иная, то полученную величину приводят к 20оС по формуле:

n20D = ntD + ( t – 20 ) 0,00035

По окончании определения поверхность призм очищают ватой, сначала смоченной диэтиловым эфиром, а затем сухой.

Измерения и отсчеты проводят 3-4 раза, передвигая после каждого раза линию раздела.