Изучение взаимной растворимости жидкости (фенол-вода)

Лабораторная работа № 1

Изучение взаимной растворимости жидкости

(фенол-вода)

Цель работы:

1) получить экспериментальные данные, необходимые для построения диаграммы состояния системы, состоящей из двух ограниченно растворимых жидкостей – фенола и воды;

2) построить диаграмму состояния системы фенол – вода;

3) исследовать зависимость температуры фазовых превращений в системе фенол – вода от ее состава.

Приборы и реактивы :

Запаянные стеклянные пробирки, содержащие фенол и воду с определенной концентрацией фенола, пробирка для воды, термометр на 100 0С, водяная баня, электроплитка.

Теоретическая часть

Для системы, образованной двумя жидкостями – фенолом и водой, схема диаграммы состояния представлена на рисунке 1.

Рисунок 1- Схема диаграммы состояния фенол – вода

Линия на этом рисунке (бинодаль или бинодальная кривая) является пограничной кривой, разделяющей гомогенную (снаружи) и гетерогенную (внутри) области диаграммы.

Фигуративная точка 1 находится в гомогенной области диаграммы. Система состоит из одной фазы. Составы системы и единственной фазы совпадают. Чтобы определить этот состав, надо опустить перпендикуляр на ось составов. Для фигуративной точки 1 определяем состав 30 % воды и 70 % фенола. Фенола больше, значит это раствор на основе фенола (ненасыщенный раствор воды в феноле). Ненасыщенность раствора означает, что при добавлении воды расслоения системы на две фазы не происходит, и значит вода продолжает растворяться в феноле.

Число степеней свободы для фигуративной точки 1 находится по уравнению f = К – Ф + n = 2 – 1 + 1 = 2. Расшифруем эту запись.

К = 2, так как в системе два компонента – фенол и вода;

Ф = 1, так как в системе одна фаза – ненасыщенный раствор воды в феноле;

n = 1, так как в системе один переменный параметр – температура Т (давление р зафиксировано).

f = 2, число степеней свободы, равное двум, означает, что система является дивариантной, т.е. без изменения числа и природы фаз одновременно произвольно можно менять два параметра состояния системы (температуру и состав системы).

Фигуративная точка 2 находится в гетерогенной области диаграммы (в области расслаивания). Фигуративная точка 2 показывает состав системы: 30 % воды и 70 % фенола. Чтобы определить состав сосуществующих фаз, необходимо провести ноду. Нода – это линия, параллельная оси составов и соединяющая составы сосуществующих фаз. Точки пересечения ноды с бинодалью (точки 1′ и 1″) определяют состав сосуществующих фаз. При опускании перпендикуляра из точки 1′ определяем состав фазы 1′ – 12 % воды и 88 % фенола. Фаза 1′ представляет собой насыщенный раствор воды в феноле. При опускании перпендикуляра из точки 1″ определяем состав фазы 1″ – 88 % воды и 12 % фенола. Фаза 1″ представляет собой насыщенный раствор фенола в воде. Насыщенность раствора означает, что при добавлении воды или фенола к системе данные компоненты не растворяются друг в друге.

Число степеней свободы для фигуративной точки 2 находится по уравнению f = К – Ф + n = 2 – 2 + 1 = 1.

К = 2, так как в системе два компонента – фенол и вода;

Ф = 2, так как в системе две фазы – насыщенный раствор воды в феноле (фаза 1′) и насыщенный раствор фенола в воде (фаза 1″);

n = 1, потому что в системе один переменный параметр – температура Т (давление р зафиксировано).

f = 1, число степеней свободы, равное 1, означает, что система является моновариантной, т.е. без изменения числа и природы фаз одновременно произвольно можно менять только один параметр состояния системы (или температуру, или состав системы). 12

Численно массы сосуществующих фаз можно определить с использованием правила