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

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

Технологический факультет

Кафедра технологии и оборудования производства жиров и эфирных масел

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

По выполнению лабораторно-практических занятий по дисциплине «Физическая и коллоидная химия» для студентов 3 курса специальности 7 091 704 – «технология бродильных производств и виноделия», 7 091 705 – «технология жиров и жирозаменителей», 7 091 709 – «технология хранения, консервирования и переработки молока» по теме: «Гетерогенные равновесия. Фазовые диаграммы температура кипения - состав для двухкомпонентных систем».

Введение

Учение о гетерогенных равновесиях является одним из основных в курсе химической термодинамики. Примерами гетерогенных систем могут служить: смеси кристаллических веществ, смеси жидкостей, ограниченно растворимых друг в друге, насыщенный раствор соли в воде с избытком твердой соли. По числу фаз различают однофазные, двухфазные, трехфазные и т. д. системы. По числу компонентов – однокомпонентные, двухкомпонентные, трехкомпонентные и т. д. системы. Наибольший интерес для будущих инженеров – технологов пищевых специальностей представляют двух - и трехкомпонентные системы, представленные жидкостями с неограниченной взаимной растворимостью, или же, наоборот, взаимно нерастворимыми жидкостями. Физико–химические свойства таких систем лежат в основе многих технологических процессов, таких как перегонка с водяным паром, ректификация, экстракция, широко используемых в пищевых технологиях.

1. Цель и задачи работы

1. Измерение температур кипения смесей различного состава бинарной системы при заданном давлении; определение равновесных концентраций пара и жидкости для каждой смеси и построение диаграмм температура - состав и состав пара – состав жидкости.

2. Приобретение навыков работы с фазовыми диаграммами:

* использование правила «рычага» для расчета состава системы в массовых и молярных долях;

* расчет числа степеней свободы по правилу фаз Гиббса для разных участков и замечательных точек диаграммы;

* проведение графических построений для расчета равновесных составов жидкой и паровой фазы;

* расчет теоретического числа тарелок при ректификации заданной смеси.

3. Приобретение навыков работы со справочными материалам по фазовым равновесиям в двухкомпонентных системах (построение и анализ диаграмм).

В результате изучения данного блока программы студент должен знать:

*правило фаз Гиббса;

*законы Рауля и Генри;

*законы Коновалова;

*правило «рычага»;

*способы выражения концентрации компонентов в смеси.

Уметь:

*делать пересчет концентраций компонентов из объемных или массовых долей в молярные;

*по справочным данным строить фазовые диаграммы, анализировать геометрическую форму диаграммы и объяснять возможные аномалии;

*с помощью полученных диаграмм проводить графические построения для решения поставленных задач;

*рассчитывать количество пара, необходимого для перегонки заданного вещества.

2. Теоретические сведения по гетерогенным равновесиям.

2.1. Основные понятия и определения. Правило фаз Гиббса

Объектом наших исследований являются физико-химические системы, между отдельными частями которых возможен обмен энергией и веществом. Мы будем рассматривать Равновесные системы, состоящие из нескольких компонентов и включающие в себя несколько фаз, т. е. гетерогенные системы.

Фаза (Р) – это совокупность всех гомогенных частей системы, одинаковых во всех точках по составу и свойствам и ограниченных от других частей некоторой видимой поверхностью раздела.

Компоненты (С) – это индивидуальные химические вещества, наименьшее число которых необходимо и достаточно для образования всех фаз данной равновесной системы. Компонент может быть выделен из системы и существовать вне нее.

При рассмотрении конкретных физико-химических систем следует различать Общее число химически индивидуальных веществ, входящих в систему, и Наименьшее их число, необходимое для образования данной системы. Возможны такие случаи:

1)Физическая система 1 класса. Вещества, составляющие систему, не реагируют друг с другом, тогда число компонентов равно числу веществ.

2)Физическая система П класса. В системе протекают химические реакции, тогда число компонентов меньше числа составляющих систему веществ. При этом не важно, какие вещества считать компонентами, а важно их число.

Пример 1: Рассмотрим систему: H2 (г.)+ I2(г.) ↔ 2 HI(г.)

Концентрации веществ, составляющих систему, не могут быть выбраны произвольно; они связаны друг с другом законом действия масс:

и стехиометрическим соотношением , поэтому число компонентов С = 1.

Пример 2: Как рассчитать число компонентов в водно – солевых системах?