1611143556-2273da8470727e985a6fa41fb7d7276c (825019), страница 48
Текст из файла (страница 48)
Растворяя определенное по весу количество исследуемого вещества, определяют 6Т, после чего по приведенной формуле можно вычислить число растворенных молекул, а отсюда н молекулярный вес. Аналогичным образом можно определять молекулярный вес и по повышени!о температуры кипения. 1гл. х РАСТВОРЫ $82. Кипение смеси жидкостей гиих0, Ряс. 6. При кипении смеси двух жидкостей переходят в пар, вообще говоря, обе компоненты смеси, так что мы имеем дело с равновесием жидкой и газообразной фаз, каждая из которых представляет собой смесь. Возникающие при этом явления наиболее наглядным образом изображаются с помощью диаграмм состояния. На одной из координатных осей таких диаграмм откладывается концентрация с смеси, а на другой — температура Т или давление р.
Мы будем говорить для определенности о диаграммах в координатах с, Т, относящихся к определенному значению давления. Существуют различные типы фазовых диаграмм для кипения жидкой смеси. Мы рассмотрим здесь те из них, которые относятся к веществам, смешнвающнмся в жидком состоянии в произвольных отношениях. В качестве примера первого типа рассмотрим смесь жидких кислорода и азота (рис. 6).
Одна из вертикальных и прямых на диаграмме от- вечает чистому кислороду, — -тдг'~ а другая — чистому азоту; л между ними находятся все .и —— ! промежуточные концентра— — с ции. Область над верхней итидюсее ~ кривой соответствует со. 'и стояниям высокотемпераУй7Х и турной фазы, т. е. газообразной смеси, а область под нижней кривой — состояниям жидкой смеси. Заштрихованная область между обеими кривыми отвечает равновесию жидкости с ее паром, причелт состояния находящихся в равновесии жидкости и пара определяются точками пересечения горизонтальной прямой, проведенной через данную точку, с обеими кривыми диаграммы.
Например, в точке а находятся в равновесии газ, состав которого определяется абсциссой точки Ь, н жидкость, изображаемая точкой с; относительные количества газа н жидкости при этом обратно пропорциональны отрезкам аЬ и ас. Верхняв кривая ф 82) КИПЕНИЕ СМЕСИ жИДКОСтЕй 263 диаграммы (АРВ) называется кривой пара, а нижняя (АСВ) — кривой лгидкоапи. Диаграмму состояния такого типа часто называют «сигарой». Точки А и В изображают точки кипения чистых азота и кислорода.
Пусть мы имеем жидкую смесь с составом, соответствующим вертикали 6Н на рис. 6. При нагревании такой смеси ее состояние будет изменяться по прямой ОС до тех пор, пока мы не дойдем до точки С. При этой температуре начнется кипение жидкости. Состав выкипаюшего пара, однако, будет отличен от состава жидкости. Именно, будет выкипать пар, который при этой температуре может находиться в равновесии с жидкостью, т. е. пар с концентрацией, определяющейся точкой Р. Таким образом, из жидкости выкипает пар с ббльшим содержанием азота.
Соответственно этому состав жидкости будет сдвигаться в сторону увеличения содержания кислорода. По мере дальнейшего нагревания, следовательно, точка, изображающая состояние жидкости, будет передвигаться вверх по кривой СВ. Выкипаюший же пар будет изображаться точкой, перемещающейся вверх по кривой РВ. Мы видим, что кипение смеси происходит не при постоянной температуре, в отличие от кипения чистой жидкости.
Момент окончания кипения зависит от условий, в которых оно происходит. Если выкипевший пар остается в соприкосновении с жидкостью, то суммарный состав жидкости вместе с паром остается все время одним и тем же. Другими словами, состояния системы жидкость+пар все время изображаются точками прямой бН.
Отсюда видно, что кипение, начавшееся в точке С, заканчивается при температуре точки Е пересечения вертикали бН с верхней кривой <сигары». Если же кипение происходит в открытом сосуде и выкипакхций пар все время удаляется, то в равновесии с жидкостью в каждый момент находится лишь только что выкипевший пар. Последняя выкипаюшая порция жидкости целиком превращается в пар, т. е. последняя образующаяся порция пара должна иметь тот же состав, что и выкипающая жидкость.
Это значит, что кипение закончится в точке, где состав жидкости и пара одинаков, т. е. в точке В кипения чистого кислорода. Совершенно аналогичные явления происходят при конденсации пара в жидкость. [гл. х РАСТВОРЫ Другой тип диаграммы состояний имеет, например, смесь хлороформа и ацетона (рнс. 7). Он отличается от предыдущего типа тем, что обе кривые обладают точкой максимума А, в которой они касаются друг друга. И здесь область между кривыми соответствует Ав л(ат) равновесию жидкости и пара, а область под и АИ'Т над кривыми — жидкой и газообразной фазам. Кипение или конденсация происходит аналогично предыдущему Хсаяех[ит у-с случаю. Так, при кипе- Аиете нии жидк 'и в рыРис.
7. том сосуде точки, изо- бражающие состояние жидкости и пара, передвигаются вверх по обеим кривым, но процесс закончится теперь не в точке кипения одной из чистых компонент, а в точке А, в которой кривые соприкасаются друг с другом. В этой точке состав жидкости и ее пара одинаковы. Поэтому смесь с составом, соответствующим УЖА СБ Алетейя Рис. 8. точке А (так называемая азеотропная смесь), выкипает целиком при постоянной температуре, как если бы она была чистым веществом. Наконец, существуют смеси (например, ацетона с сероуглеродом), диаграммы состояний которых отличаются от предыдущего типа тем, что кривые имеют не максимум, а минимум (рис. 8). Описанные явления широко используются на практике для разделения компонент различных смесей.
В простейшем й 83) ОНРАТЯАЯ кОнденсАция виде идея метода так называемой фрак«(ионированной перегонки состоит в собирании и конденсации первых порций (фракций) выкипающего из жидкой смеси пара и затем в повторной перегонке полученного вещества. Так, при кипении смеси спирта и воды образуется пар с большим содержанием легкокипящего спирта, чем в жидкости. Конденсируя первые порции этого пара и затем снова подвергая полученную жидкость кипению, можно во все большей степени отделить спирт от воды. В случае диаграммы состояний изображенного на рис. б типа путем многократного повторения процесса можно, в принципе, полностью разделить компоненты смеси. В случае же диаграмм типа рис. 7 или рис.
8 полное разделение невозможно. Можно выделить только азеотропную смесь и то или другое из чистых веществ, в зависимости от состава начальной смеси. К последнему случаю относится и упомянутая смесь водь1 и спирта, обладающая минимумом температуры кипения при составе в 95,6 вес. % спирта; дальнейшее очищение спирта фракционированной перегонкой невозможно. 8 83. Обратная конденсация Наличие критических точек для перехода жидкость— газ у чистых веществ приводит к существованию критических явлений также и в смесях. Не разбирая всех воз»южных в этом случае вариантов, рассмотрим лишь некоторые характерные особенности этих явлений.
Изображенная на рис. 6 диаграмма состояний смеси кислорода и азота относилась к давлению 1 атм. При ббльших давлениях диаграмма сохраняет свой характер, но лишь до тех пор, пока не будет достигнуто критическое давление одной нз чистых колшонеит, в данном случае азота (равное 33,5 гнндк критическое давление кислорода — 49,7 атм). Поскольку после этого в чистом азоте разделение на фазы уже невозможно, то ясно, что «сигара» на фазовой диаграмме смеси должна будет «оторваться» от вертикальной оси, приобретя вид, изображенный на рис.
9.Мы видим, что на диаграмме появляется при этом точка (7(), в которой обе сосуществующие фазы становятся тождественными; эту точку и называют критической. И здесь наличие критической точки приводит к возможности осуществления непрерывного (гл. х Рхствотм перехода между жидкостью и газом, так что различие между этими фазами снова приобретает условный характер. Конденсация газовой смеси при наличии на диаграмме критической точки может сопровождаться своеобразными явлениями. Мы проиллюстрируем эти явления на диаграмме в координатах р, с (относящейся к заданному значению р Сгссггг Рис. 1О.
Ог Ряс. 9. температуры), что в большей степени соответствует обычным реальным условиялг их наблюдения. На рис. 10 изображен участок такой диаграммы вблизи критической точки 1( (в отличие от рисовавшихся нами ранее диаграмм в координатах с, Т, газовой фазе соответствует теперь область не над, а под заштрихованной частью — область более низких давлений). Расслютрим смесь с составом, отвечающим вертикали А С. При изотермическол1 сжатии смеси, в момент достижения точки В, начнется ее конденсация с образованием жидкой фазы В'. По мере дальнейшего повышения давления, количество жидкости будет сначала возрастать„но затем возрастание сменится убь1ванием; жидкость (изображающаяся в этот момент точкой С') исчезнет вовсе при достижении точки С.
Это явление называют обратной конденсацией. $84. Затвердеванне смеси жидкостей Аналогично фазовым диаграммам жидкости и газа можно изображать диаграммы состояния жидкости и твердого тела. Мы снова будем откладывать на осн абсцисс концентрацию смеси (в атомных процентах), а на оси ординат— $84) злтввгдевхние смеси жидкостей 267 температуру и рисовать диаграмму для определенного давления. Если оба вещества смешиваются в произвольных отношениях как в жидком, так и в твердом состояниях, то диаграммы имеют вид, вполне аналогичный расслютренным в ч 82 фазовым диаграммам жидкости и газа. Так, сплав серебра и золота имеет фазовую диаграмму, изображенную на рис. 11.
Область над кривыми огвечаег жидкой смеси обоих г Аи Рис. 11. металлов, а область под кривыми — твердым сплавам. Процесс плавления сплава происходит аналогично процессу кипения жидкой смеси, описанному в связи с диаграммой рис. 6. К совсем другому типу относится изображенная на рис. 12 фазовая диаграмма для системы висмут — кадмий. Эта система характеризуется тем, что обе компоненты совсем не образуют смешанных кристаллов. Незаштрихованная область отвечает жидким смесям. Все же остальные области являются областями разделения на различные фазы. В области ! двумя фазами являются твердые кристаллы чистого кадмия (изображающиеся левой вертикальной осью) и жидкий расплав (изображающийся кривой АО).
Так, в какой-либо точке Л этой области находятся в равновесии фазы, изображающиеся точками пересечения горизонтальной пряьюй е) с осью ординат (чистый кадмий) и кривой А0 (жидкая смесь)„.количества этих фаз обратно пропорциональны длинам отрезков Йе и И~. Аналогичным образом в области ))твердой фазой является висмут, находящийся в равновесии с жидким расплавом, состав которого определяется кривой ОВ. Наконец, в области 111 находится смесь твердых кристаллов кадмия и висмута. [гл. х Рлстиоги Точки А и В представляют собой точки плавления чистых кадмия и висмута. Кривая же АОВ определяет температуры начала затвердевания жидких смесей обеих компонент. Рассмотрилк например, процесс затвердевания жидкой смеси, состав которой определяется вертикалью аЬ.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
