25. Главный закон золотой смеси. Закон Рауля. Смеси. Разделение веществ. Состав веществ. Установка.

Описание

Канал «Научная Тематика»!

Поддержать канал Донатом🧧💰👇.
Перевод на карту:
Сбер: 4817 7601 3927 9347
Т-банк: 2200 7017 8811 7452

Сервисы раннего доступа, смотри видео раньше и поддержи канал:

Подписка на Boosty • https://boosty.to/ivanovskiy/donate
Подписка на VK_Donut • https://vk.com/donut/ivanovskiysergey

Канал в соцсетях👇

Телеграм • https://t.me/ivanovskiysergey
ВК • https://vk.com/ivanovskiysergey
Дзен • https://dzen.ru/ivanovskiysergey
Rutube •https://rutube.ru/video/person/30197834
-------------------------------------------------------------------------------

Лекция посвящена фазовым переходам, начиная с краткого повторения однокомпонентных систем и переходя к двухкомпонентным.

1. Повторение однокомпонентных систем.

Методы: Используются диаграммы состояния (например, П-Т) вместо сложных уравнений.
Фазовые переходы:
Жидкость ⇌ Газ: Испарение (общее), Кипение (интенсивное испарение по всему объему). Обратный процесс — конденсация.
Твердое ⇌ Жидкость: Плавление, Кристаллизация.
Твердое ⇌ Газ: Сублимация (возгонка), Десублимация.
Примеры: Переход воды в пар, образование капель на холодной тарелке, плавление льда, сухой лед (CO2), превращение в пар.

2. Двухкомпонентные системы.
Фундаментальная величина: Энергия Гиббса (G).
Зависимости G: Для многокомпонентных систем G зависит от температуры (T), давления (P) и количества каждого компонента (N1, N2...).
Упрощение: Для двухкомпонентных систем рассматривают G как функцию T, P и мольной доли одного компонента (x1), так как x2 = 1 - x1.
Химический потенциал (μ): Определяется как производная энергии Гиббса по количеству вещества. Для смесей μi зависит от T, P и состава.
Стандартные состояния: Для определения химических потенциалов смесей вводятся стандартные состояния, которые учитывают состав. Для идеальных газов использовалась фугитивность. Для растворов предлагается выражение для μi, включающее стандартный химический потенциал, RT и логарифм мольной доли компонента.

3. Энергия Гиббса смешения.
Идеальные растворы: Энергия Гиббса смеси описывается линейной функцией, соединяющей значения для чистых компонентов.
Реальные растворы: Взаимодействие компонентов приводит к отклонениям от линейности:
Без взаимодействия: G лежит на прямой.
Склонность к увеличению G (нежелание смешиваться): Термодинамически невыгодно; происходит расслоение или компоненты остаются несмешанными.
Склонность к понижению G (желание смешиваться): Образуется раствор. Величина понижения G — это энергия Гиббса смешения (ΔGсмеш).
Расслоение: Если кривая G имеет "горб" (повышение G после точки минимума), система может расслаиваться на две фазы с разным составом.
Исследование: ΔG смешения можно измерить экспериментально, определяя энтальпию (ΔHсмеш) и энтропию (ΔSсмеш) смешения.

4. Фазовое равновесие "жидкость-пар" в двухкомпонентных системах.
Условие равновесия: Химические потенциалы каждого компонента в жидкой и паровой фазах должны быть равны (μi_жидк = μi_пар).
Закон Рауля: Для идеальных растворов парциальное давление компонента i над раствором (Pi) равно произведению его мольной доли в жидкости (xi) на давление насыщенного пара чистого компонента (P0i): Pi = xi * P0i.
Общее давление над раствором (P) = Σ Pi (закон Дальтона).
Для идеальных растворов зависимость общего давления от состава P(x1) является прямой линией.
Экспериментальное определение:
Используется установка для измерения температур кипения смесей при постоянном давлении.
Отбирается проба пара (конденсируется в жидкость) для определения состава пара.
Состав жидкости и пара определяется, например, по показателю преломления.
Строятся зависимости, связывающие состав жидкости и пара при данной температуре.
Диаграммы "температура-состав" (T-x):
Область: Под кривой начала кипения (нижняя линия) — жидкая фаза. Над кривой конца кипения (верхняя линия) — парообразная фаза. В области между кривыми — равновесие жидкость-пар.
Кривые:
Нижняя кривая: **Кривая начала кипения (состав жидкой фазы).
Верхняя кривая: **Кривая конца кипения (состав паровой фазы).
Изотерма: Горизонтальная линия, проведенная при определенной температуре, отсекает на кривых состав соответствующей фазы (жидкости и пара) в равновесии.
Разделение компонентов: Пар всегда обогащен легколетучим компонентом (имеющим более низкую температуру кипения), а жидкость — труднолетучим компонентом. Это свойство используется в процессах перегонки для очистки веществ.
Азеотропы:
Значительные отклонения от закона Рауля могут приводить к образованию азеотропов.
Азеотроп — это смесь, для которой состав жидкости и пара одинаков. Азеотроп ведет себя как индивидуальное вещество.
Диаграммы T-x для азеотропных смесей имеют характерную точку (минимум или максимум).
Задачи на будущее: Математическое описание равновесий, причины образования азеотропов, практическое применение (различные виды перегонки).