Концентрированные идеальные растворы

Такие растворы существуют в действительности, это смеси изотопов, изомеров, ближних гомологов (бензол, толуол).

В них силы взаимодействия между молекулами чистых веществ и в растворе одинаковы.

 

Образование раствора происходит без выделения или поглощения тепла (D H = 0) и изменения объема (D V = 0). В идеальном растворе закон Рауля справедлив для обоих компонентов: P_A = N_AP_A ⁰, P_B = N_BP_B ⁰ – парциальное давление пара компонента над раствором пропорционально его мольной доле в растворе.

P_A ⁰ и P_B ⁰ – давление насыщенного пара чистых компонентов А и В.

 

Примечание: Идеальный раствор - это раствор, где закон Рауля справедлив для обоих компонентов во всей области концентраций и температур.

 

       

 

Состав пара над идеальным раствором

может быть рассчитан теоретически. Например, система бензол (Б) – толуол (Т), t = 60°С

При Т = const (t = 60°С)

P _Б ⁰ = 385 мм.рт.ст.

P _Т ⁰ = 140 мм.рт.ст.

t = 60°С

На диаграммах такого типа бывшая кривая общего давления называется кривой жидкости.

Состав пара считается по следствию закона Дальтона

P_i = N_i'P _общ

N_i ' – мольная доля компонента в паре

Парциальное давление компонентов для кривой жидкости рассчитывается по закону Рауля: P_i = N_iP_i ⁰

Например: компонентов в жидкости поровну (т.е. N _Б = 0,5 и N _Т = 0,5)

P _общ = 270 мм.рт.ст.

 

 

Построение диаграммы температура-состав. Законы Коновалова

Для этой же системы (бензол – толуол)         

 

t, °С

     

Вывод, который справедлив для любой системы, идеальной или неидеальной: в общем случае жидкость и пар имеют различный состав, при этом в паре больше того компонента, который более летуч (для данного примера более летуч – бензол, т.к. при Т = const у него больше давление насыщения пара, а при Р = const ниже температура кипения). Это первый закон Коновалова.

Составы слоев определяются точками пересечения соответствующей изотермы (ноды) с кривой

На практике для расчета числа теоретических тарелок ректификационной колонны используют, так называемые X – Y диаграммы.

Обозначим мольную долю компонента в жидкости через Х, а пара - через Y.

 

 

Неидеальные растворы

 

1. Система, где взаимодействие между молекулами в растворе меньше, чем в индивидуальном состоянии  наблюдаются положительные отклонения от закона Рауля. Образование такого раствора сопровождается поглощением тепла и увеличением объема .

 

 

2. Если силы взаимодействия между молекулами в растворе больше, чем у индивидуальных компонентов, отклонение от закона Рауля будет отрицательным. Образование раствора протекает с выделением тепла и уменьшением объема. , , .

 

 

На диаграммах кружками обозначены области, в которых возможно применение законов Рауля и Генри:

1 и 2 – области применения закона Рауля для компонентов А и В.

3 – область применения закона Генри для компонента Б,

4 – область применения закона Генри для компонента А.

 

В растворах, где давление насыщенности паров компонентов (и Т _кип) близки, но компоненты сильно отличаются по химической природе, отклонения от закона Рауля будет сильными. Поэтому на кривых общего давления возникают экстремальные точки – верхние при положительных отклонениях и нижние при отрицательных.

 

 

Эти точки, независимо от знака отклонения, называются азеотропными.