русс | укр

Языки программирования

ПаскальСиАссемблерJavaMatlabPhpHtmlJavaScriptCSSC#DelphiТурбо Пролог

Компьютерные сетиСистемное программное обеспечениеИнформационные технологииПрограммирование

Все о программировании


Linux Unix Алгоритмические языки Аналоговые и гибридные вычислительные устройства Архитектура микроконтроллеров Введение в разработку распределенных информационных систем Введение в численные методы Дискретная математика Информационное обслуживание пользователей Информация и моделирование в управлении производством Компьютерная графика Математическое и компьютерное моделирование Моделирование Нейрокомпьютеры Проектирование программ диагностики компьютерных систем и сетей Проектирование системных программ Системы счисления Теория статистики Теория оптимизации Уроки AutoCAD 3D Уроки базы данных Access Уроки Orcad Цифровые автоматы Шпаргалки по компьютеру Шпаргалки по программированию Экспертные системы Элементы теории информации

Трехкомпонентные системы


Дата добавления: 2013-12-23; просмотров: 3512; Нарушение авторских прав


T T

Система, компоненты которой неограниченно растворимы в жидком и в твердом состоянии

В таких системах при кристаллизации выделяются одновременно оба компонента, входящие в одну кристаллическую фазу - твердый раствор. Во время кристаллизации состав твердой фазы непрерывно меняется и эвтектика отсутствует. На рис.4.10. приведена диаграмма плавкости такой системы.

       
 
 
   


I m

D

 

m1 p

s r1

II

C

r

A III B

0 wB

Рис.4.10. Диаграмма состояния системы, в которой образуются твердые растворы

 

Область I - гомогенная система - жидкий раствор (расплав).

II - гетерогенная система, состоящая из жидкого раствора и твердого раствора.

III - гомогенная система - твердый раствор.

Линия CSm1D соответствует температурам начала кристаллизации, а кривая Сr1PD - температурам плавления твердых растворов. При охлаждении жидкого расплава, отвечающего точке m до температуры m1 начнется кристаллизация твердого раствора. Для того, чтобы найти состав его первой порции необходимо из точки m1 провести горизонталь до линии плавления. Точка пересечения Р отвечает составу твердого раствора.

Наоборот, если состояние системы определяется точкой r, она представляет собой твердый раствор. При нагревании его до температуры соответствующей точке r1 начнется плавление. Чтобы найти состав начинающей образовываться жидкой фазы проведем горизонталь до линии CSm1D - точка пересечения S отвечает составу жидкого раствора. Если состояние системы характеризуется точкой, лежащей в области II, то состав равновесных фаз и их относительные количества можно найти так, как это было описано при рассмотрении предыдущих диаграмм.

Мы остановимся лишь на одном примере трехкомпонентных систем. Рассмотрим систему, состоящую из двух взаимно нерастворимых жидкостей и третьего компонента, ограниченно растворимого в обеих жидкостях. После установления равновесия третий компонент окажется присутствующим в обеих жидкостях. Если затем в систему ввести еще некоторое количество третьего компонента он снова распределится пропорционально между жидкими фазами.



Закон распределения

Экспериментально был установлен следующий закон распределения: отношение концентраций третьего компонента в двух равновесных жидких фазах при постоянной температуре является величиной постоянной.

Рассмотрим в качестве примера систему из воды и сероуглерода. введя в эту двухслойную систему кристаллик иода, мы убедимся, что после достижения равновесия иод присутствует в обоих слоях. Однако, если сделать анализ, можно установить, что концентрация иода в сероуглероде примерно в 600 раз больше, чем в воде. Введем в систему еще небольшое количество иода и проанализируем оба слоя. Окажется, что концентрация иода в обоих слоях увеличилась, но отношение концентраций осталось прежним. Итак,

са.1 b,1 = са,2b,2 = са,3b,3 = k

где са - концентрации иода в воде;

сb - его концентрации в сероуглероде.

Величина k называется коэффициентом распределения.

Закон распределения справедлив при условии, что:

а)концентрация третьего компонента невелика;

б)размеры частиц третьего компонента в обеих фазах одинаковы, т.е. не происходит ни диссоциации, ни ассоциации;

в)введение третьего компонента не вызывает изменения взаимной растворимости жидкостей.

Экстракция

Закон распределения широко используется для решения ряда практических задач. Экстракцией называется извлечение вещества из раствора с помощью подходящего растворителя, который не смешивается с раствором, но в котором вещество растворяется лучше, чем в первом растворителе. Предположим, что имеется вод-ный раствор иода. Объем раствора V см3. Содержание иода в нем m0. Для экстрагирования иода берем u см3 сероуглерода, встряхиваем обе жидкости в делительной воронке, даем отстояться и разделяем слои. Обозначим массу иода, которая осталась в водном растворе через m1. Следовательно, в органический растворитель перешло (m0 - m1) - иода. По закону распределения:

k = [(m1/V)] / [(m0 - m1 / u )]

Из уравнения находим m1:

m1 = m0 kV / (kV + u )

Если произвести экстракцию повторно, в водном растворе останется m2 г, а в объеме u окажется еще m1 - m2 г иода. Тогда,

k = [(m2/V)] / [(m1 - m2 / u )]

а

m2 = m1 kV / [kV + u ] = m0 (kV / kV + u)2

Если экстракцию провести n раз, то в водном растворе останется:

mn = m0 (kV / kV + u )n

А всего будет извлечено:

m = m0 - mn= m0 [1 - (kV / kV + u)n]

Проанализируем эту формулу:

1.Предположим, что k = 0,01, объем водного раствора равен 1 дм3 и экстракция проводится в один прием 1 дм3 органического растворителя m1 = m0 kV/kV +u = m0 0,01/(0,01 + 1,00) = 0,01 m0. В водном растворе осталось около 1% вещества.

2.Разделим объем органического растворителя на 5 порций по 0,2 дм3 и проведем экстракцию последовательно 5 раз. После пятой экстракции:

m5 = m0 (0,01 / 0,01 + 0,20)5 = 3×10-7

Таким образом, m5 << m1, т.е. экстракцию проводить выгоднее небольшими порциями многократно.

ВОПРОСЫ И ЗАДАЧИ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

1.В каких случаях число составных частей и число независимых компонентов в системе не совпадают?

2.Изобразите диаграмму состояния воды. Сколько степеней свободы имеет система, описываемая точкой, которая находится: а) в любой из трех областей; б)на одной из линий; в)на пересечении трех линий?

3.Система состоящая из водного раствора сульфата натрия, крис­таллов этой соли и водяного пара, находится при постоянном давлении. Сколько степеней свободы имеет данная система ?

4.Как изменяется температура плавления льда при повышении дав­ления ? Чем это можно объяснить ?

5.Что означает утверждение, что тройная точка воды соответству­ет давлению 4,58 мм.рт.ст. и температуре 273,1 К ?

6.Молярная теплота испарения воды равна 43,09 кДж моль-1. Давление насыщенного водяного пара при температуре 400С равно 55,3 мм.рт.ст.Чему равно давление насыщенного пара при температуре 500С ?

7.Давление паров над жидким галлием при температуре 10290С равно 0,01 мм.рт.ст., а при 11540С - 0,1 мм.рт.ст. Чему равна молярная теплота испарения галлия ?

8.При температуре 363 К давление паров бензола равно 135775Па, а толуола - 54107 Па. Какой должна быть молярная доля бензола в смеси, чтобы она закипела при температуре 363 К и нормальном атмосферном давлении ?

9.Молярная энтальпия плавления льда равна 6,01 кДж×моль-1, а энтальпия испарения воды +41,09 кДж×моль-1. Чему примерно равна молярная энтальпия возгонки льда?

10.Метанол и этанол образуют идеальный раствор.Что это значит?

11.Объясните с точки зрения межмолекулярного взаимодействия причины положительных и отрицательных отклонений от закона Рауля.

12.Нарисуйте график зависимости давления пара над смесью двух летучих жидкостей от ее состава, если жидкости неограничено смешиваются и образуют идеальный раствор.

13.Температура кипения бензола 278,6 К, а четыреххлористого углерода - 250,2 К. Над какой из этих жидкостей больше давление насыщенного пара? Какая из этих жидкостей является более летучей?

14.Смешаны 2 моль бензола и 2 моль четыреххлористого углерода (tкип см. в п.13). Какого из компонентов будет больше в паре, находящемся в равновесии с этой смесью? (азеотропная смесь не образуется).

15.Какие жидкости можно получить в результате фракционной перегонки смеси, указанной в п.14 ?

16.Метанол (tкип= 64,70С) и трихлорметан (tкип= 61,20С) образуют неидеальную смесь. Ниже указаны молярные доли трихлорметана в жидкости и в паре при различных температурах и внешнем давлении 1 атм.

t,0С Жидкость Пар Жидкость Пар

64,0 0,015 0,040 - -

62,0 0,065 0,155 - -

60,0 0,125 0,260 0,990 0,950

58,0 0,190 0,365 0,970 0,880

56,0 0,280 0,470 0,930 0,800

54,0 0,460 0,560 0,810 0,710

53,5 0,650 0,650 0,650 0,650

Постройте диаграмму температура кипения - состав для этой смеси. Рассмотрите по диаграмме сущность процесса фракционной перегонки. Какие жидкости можно получить в результате перегонки смеси, содержащей: а)25 молярных процентов CHCl3; б)85% CHCl3 ?

17.В чем состоят особенности диаграмм состояния жидких смесей с большими отклонениями от закона Рауля?

18.Сколько степеней свободы имеет система, отвечающая азеотропной точке на диаграмме состояния ? Ответ дайте, пользуясь правилом фаз Гиббса.

19.Пропан-1-ол (tкип= 970С) и вода образуют азеотропную смесь, содержащую 72% по массе пропанола. Какой компонент и в каком количестве необходимо прибавить к 1 кг смеси, содержащей 50% (масс), пропанола для получения азеотропной смеси ?

20.По диаграмме, построенной в п.16, ответьте на следующие вопросы:

а)При какой температуре закипит раствор, содержащий 10% (молярных) CHCl3 ?

б)Каким будет состав первых пузырьков пара ?

в)Пар содержит 90% CHCl3, имеет температуру 800С. При какой температуре начнется конденсация ?

г)Каким будет состав первых капель жидкости ?

21.Изобразите диаграмму состояния системы олово-свинец. Температура плавления олова - 2320С, свинца - 3270С. Эвтектическая точка соответствует смеси, содержащей 62% по массе олова и температуре 1800С. Ответьте на следующие вопросы:

а)Смесь, содержащая 80% олова находится при температуре 2600С. Какое вещество и при какой температуре начнет кристаллизоваться при охлаждении этой смеси? Нарисуйте кривую охлаждения этой смеси.

б)Нарисуйте кривую охлаждения смеси, содержащей 62% олова и нагретой до температуры 2200С.

в)Смешаны 20 г олова и 80 г свинца. Смесь нагрета до 2100С. Каков состав равновесных фаз и какова их масса? Сколько степеней свободы имеет эта система ?

22.Что называется твердым раствором ? Чем отличается твердый раствор от смеси твердых веществ, от химического соединения ?

23.Изобразите диаграмму состояния системы, компоненты которой неограниченно растворимы в жидком состоянии, нерастворимы в твердом состоянии и образуют между собой химическое соединение. Укажите на диаграмме точки, в которых система нонвариантна. Докажите это, ис­пользуя правило фаз Гиббса.

24.Две жидкости ограниченно растворимы друг в друге, причем взаимная растворимость уменьшается при повышении температуры. Изобразите диаграмму состояния этой системы. Как называется критическая точка на этой диаграмме ?

25.Какие жидкости называются сопряженными ? Как изменяется их состав, если увеличивать концентрацию одного из веществ при постоянной температуре ?

26.На чем основана перегонка с водяным паром ? Для чего она применяется ?

27.Что называется коэффициентом распределения ?

28.Коэффициент распределения иода между водой и четыреххлористым углеродом при 250С равен 0,012. 10 г иода встряхивали со смесью 100 г воды и 100 г CCl4 до установления равновесия. Сколько иода содержится в водном слое?



<== предыдущая лекция | следующая лекция ==>
Системы, компоненты которых образуют устойчивые химические соединения | Общие сведения о феномене информации


Карта сайта Карта сайта укр


Уроки php mysql Программирование

Онлайн система счисления Калькулятор онлайн обычный Инженерный калькулятор онлайн Замена русских букв на английские для вебмастеров Замена русских букв на английские

Аппаратное и программное обеспечение Графика и компьютерная сфера Интегрированная геоинформационная система Интернет Компьютер Комплектующие компьютера Лекции Методы и средства измерений неэлектрических величин Обслуживание компьютерных и периферийных устройств Операционные системы Параллельное программирование Проектирование электронных средств Периферийные устройства Полезные ресурсы для программистов Программы для программистов Статьи для программистов Cтруктура и организация данных


 


Не нашли то, что искали? Google вам в помощь!

 
 

© life-prog.ru При использовании материалов прямая ссылка на сайт обязательна.

Генерация страницы за: 0.007 сек.