Построение диаграммы кипения бинарной смеси.

Цель работы: построение и анализ диаграммы кипения бинарной смеси.

Целевые задачи: освоение принципа построения диаграмм кипения бинарной смеси; их анализ.

Диаграммы состояния, отражающие равновесие жидких и парообразных фаз, называются диаграммами кипения. Наиболее удобной формой представления диаграмм кипения является их изображение в координатах температура–состав. Если смесь двух летучих жидкостей представляет собой раствор с небольшими отклонениями от закона Рауля, её диаграмма кипения будет иметь вид, изображенный на рисунке:

Т Т Ткип А 3 5 Ty M L K 2   4 1 Ткип В A y B состав

Диаграмма кипения. 1 - область жидкости, 2 - область кипящей жидкости, находящейся в равновесии с паром, 3 - область пара, 4 - ликвидус, 5 - линия пара.

Каждая точка линии ликвидуса 4 отвечает температуре начала кипения при нагревании смеси с определенным составом (или полной конденсации пара при охлаждении). Точки линии 5 соответствуют окончанию кипения при полном переходе жидкости в пар (или началу конденсации пара в жидкость при охлаждении). Область диаграммы над линией 5 отвечает парообразным (газообразным) системам, область под линией 4 – жидким растворам. Фазовое поле между линиями 4 и 5 соответствует гетерогенным системам, в которых находятся в равновесии кипящая жидкость и пар.

При значительных положительных отклонениях от закона Рауля, когда общее давление пара над раствором превышает давление пара любого из чистых компонентов, и на диаграммах температура – состав появляется минимум, две ветви ликвидуса сходятся в точке Х с линией пара. При значительных отрицательных отклонениях от закона Рауля, когда общее давление пара над раствором становится ниже давления пара любого из чистых компонентов, на диаграммах температура - состав появляется максимум:

T Т Т Т     А х В А х В состав состав А б

Диаграммы кипения:

а) положительное отклонение б) отрицательное отклонение

от закона Рауля (минимум от закона Рауля (максимум

температуры кипения) температуры кипения)

Растворы, состав которых отвечает этим экстремальным точкам, называются азеотропными (нераздельно кипящими или азеотропами). Их состав не меняется при кипении, и температура остается постоянной до полного перехода жидкости в пар (или до полной конденсации пара в жидкость при охлаждении). Такие смеси, в отличие от остальных, нельзя разделить перегонкой. Примером азеотропа с минимумом температуры кипения является смесь, содержащая 96% (по объёму) этилового спирта и 4% воды, иначе называемая спиртом-ректификатом.