Давление насыщенного пара компонента над раствором

При испарении жидкости в закрытом сосуде устанавливается фазовое равновесие между жидкостью и ее насыщенным паром. Фазовое равновесие жидкость – пар характеризуется равенством химических потенциалов i-го испаряющегося компонента в жидком и газообразном состояниях:

. (4.14)

Пар, находящийся в равновесии с жидкостью, называется насыщенным, а давление, которое он оказывает на стенки сосуда, называется давлением насыщенного пара.

Если внести в растворитель нелетучее вещество (нелетучим считается вещество, температура кипения которого примерно на 150° выше температуры кипения растворителя), то в результате взаимодействия молекул растворителя с молекулами нелетучего растворенного вещества давление пара растворителя над раствором понизится.

Давление насыщенного пара растворителя над раствором нелетучего вещества ( ) всегда меньше, чем над чистым растворителем ( ):

. (4.15)

В случае, когда растворенное вещество является летучим, пар над раствором состоит из молекул растворителя и молекул растворенного вещества, а общее давление над раствором (р) равно сумме парциальных давлений растворителя (р₁) и растворенного вещества (р₂):

. (4.16)

 

Зависимость давления насыщенного пара компонента над раствором для разных типов растворов устанавливают законы Рауля.

Закон Рауля для идеальных растворов: равновесное парциальное давление пара i-го компонента над идеальным раствором пропорциональна мольной доле этого компонента в растворе:

, (4.17)

где р_i – парциальное давление насыщенного пара i-го компонента над раствором, – давление насыщенного пара над чистым i-ым компонентом; х_i – мольная доля i-го компонента в растворе.

Рис.4.3. Зависимость давления пара от состава раствора

Закон Рауля для идеальных растворов справедлив как для растворителя, так и для растворенного вещества:

Зависимость парциального давления пара каждого компонента от его мольной доли имеет вид прямой, выходящей из начала координат.

Для предельно разбавленных растворов, в которых растворитель подчиняется законам идеальных растворов, а растворенное вещество не подчиняется, закон Рауля формулируется следующим образом:

 

Закон Рауля для предельно разбавленных растворов: относительное понижение давления насыщенного пара растворителя над раствором равно мольной доле растворенного вещества:

, (4.18)

где р₁ – парциальное давление насыщенного пара растворителя над раствором, – давление насыщенного пара чистого растворителя; х₂ – мольная доля растворенного вещества.

Из уравнения (4.17) можно определить молярную массу растворенного вещества, если известно давление насыщенного пара растворителя над раствором:

, (4.19)

где М₁ – молярная масса растворителя; М₂ – молярная масса растворенного вещества; р₁ – давление насыщенного пара растворителя над раствором, – давление насыщенного пара над чистого растворителя; g₁ – масса растворителя; g₂ – масса растворенного вещества.

В предельно разбавленных растворах к растворенному веществу закон Рауля не применим. В этом случае зависимость парциального давления пара растворенного вещества от его мольной доли в растворе описывается законом Генри.

Закон Генри: парциальное давление пара растворенного вещества над предельно разбавленным раствором пропорционально его мольной доле:

, (4.20)

где р₂ –давление насыщенного пара растворенного вещества над раствором; х₂ – мольная доля растворенного вещества; К₂ – постоянная Генри.

Уравнение Генри имеет большое практическое значение для изучения растворимости газов в растворах.

Для неидеальных растворов наблюдаются отклонения от закона Рауля, различные как по величине, так и по знаку.

Если при образовании раствора притяжение между молекулами становится меньше, чем в чистых веществах, то молекулы из раствора переходят в пар легче, чем из чистых жидкостей. В этом случае наблюдаются положительные отклонения от закона Рауля (рис.4.4). Примером такого раствора является система вода – 1, 4-диоксан.

Если при образовании раствора силы притяжения между молекулами увеличиваются, наблюдаются отрицательные отклонения от закона Рауля (рис.4.5). Например, раствор вода – серная кислота.

Рис.4.4. Положительные отклонения от закона Рауля

Рис.4.5. Отрицательные отклонения от закона Рауля

 

Пример 4.5. Вычислите давление насыщенного пара над 2% водным раствором сахарозы при 373К. Считайте этот раствор подчиняющимся законам предельно разбавленных растворов.

Решение:

1. Мольная доля сахарозы в ее водном растворе составит:

2. На основании закона Рауля для предельно разбавленных растворов имеем:

.

3. Давление насыщенного водяного пара над раствором сахарозы будет равно:

 

Предыдущая891011121314151617181920212223Следующая

Поделиться:

Популярное:

1. I. 17. Понятие о чистых и занятых парах.
2. I. Основные физические явления и процессы в электрических аппаратах
3. II. Весть пророка не обнадежила.
4. II. Страх. Второй текст: 1 Паралипоменон 13,12.
5. II. ТЕКСТЫ ДЛЯ РАБОТЫ НАД ГОЛОСОМ.
6. III Часть. Аппаратное обеспечение обработки информации
7. III. Надежды, извлекаемые из образа.
8. III. Сообщение темы и целей урока. Работа над новым материалом.
9. Que: Свойства компонента ListBox - Name
10. А. Рисковая ставка, рисковая надбавка
11. АДП (Агрегат депарафинизации)
12. Аксиома статики о равновесии системы двух сил. Аксиома параллелограмма сил.