Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология
Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии


Диаграмма плавления смесей веществ,образующих химические соединения.



Системы, состоящие из веществ, образующих химические

Соединения

Системы такого рода образуются многими неорганическими веществами, например, солями (в особенности галогенидами).

а) Соединения, плавящиеся конгруэнтно

Если вещества А и В могут образовать между собой устойчивое твёрдое химическое соединение, плавящееся без разложения ( конгруэнтно ), ликвидус на диаграмме плавления будет иметь максимум, как показано на рис. 7.15 (точка С ).

Состав этого соединения может быть определён по положению максимума над осью состава, который должен быть выражен в молярных долях. Для подавляющего большинства веществ, образующих конгруэнтно плавящиеся соединения, длины отрезков АD и DB относятся друг к другу, как малые числа (1: 1, 1: 2, 1: 3, 2: 3 и т. д.), показывающие число молекул каждого из них, входящее в соединение. В данном примере отрезки АD и DB равны друг другу. Это говорит о том, что вещества А и В входят в соединение в эквимолярных количествах и его состав, отвечающий хАВ, может быть выражен формулой А·В. Температура плавления этого соединения равна
Т пл АВ.

На диаграмме плавления такого типа имеется 7 фазовых полей: 1 - поле гомогенных жидких систем; 2, 3, 4 и 5 - поля гетерогенных систем; 6 и 7 - поля гетерогенных твёрдых систем, состоящих из кристаллов соединения АВ и кристаллов А (поле 6 ) или кристаллов В (поле 7 ). Гетерогенные системы, отвечающие полям 2, 3, 4 и 5 состоят из жидких двухкомпонентных расплавов и кристаллов одного из веществ (в поле 2 это кристаллы вещества А, в поле 5 - кристаллы В, а в полях 3 и 4 - кристаллы химического соединения АВ). Вертикальная линия CD, проведённая через максимум, делит фазовую диаграмму на две части, которые можно рассматривать как отдельные диаграммы (каждую со своей эвтектикой Э 1 и Э 2, составы которых отображаются точками хЭ1 и хЭ2, а эвтектические температуры равны соответственно Т Э1 и Т Э2).

Во многих случаях вещества А и В могут образовывать между собой два или более химических соединения. На их диаграммах плавления это отображается появлением на ликвидусах соответствующего числа максимумов.

 

б) Соединения, плавящиеся инконгруэнтно

Встречаются системы, в которых компоненты образуют неустойчивые химические соединения, разлагающиеся при плавлении (плавящиеся инконгруэнтно ). Такие соединения проявляют себя изломом на линии ликвидуса, как показано на рис. 7.16 (точка D, называемая перитектической точкой ).

Рис. 7.16. Диаграмма плавления (слева) и кривая охлаждения (справа)

системы с химическим соединением, плавящимся инконгруэнтно

 

 

Состав этого соединения может быть выражен формулой А·2В; он определяется точкой хА·2В. Это соединение может существовать только в твёрдом виде; выше температуры Т пл А·2В оно разлагается на А и В. Если общий состав системы лежит в интервале хА·2В ¸ В, её кривые охлаждения будут иметь достаточно сложный вид. Например, для системы с составом х охлаждение выражается перемещением фигуративной точки на диаграмме плавления по линии ух. Ему соответствует кривая охлаждения, показанная на рис. 7.16 справа. При охлаждении до температуры, соответствующей точке D, начинается кристаллизация компонента В, что выражается появлением верхнего излома на кривой охлаждения. Когда температура снизится до Т плАВ2, начинается образование соединения А·2В, и на кривой охлаждения появляется верхний горизонтальный участок. Соединение А·2В будет продолжать выпадать из расплава вплоть до эвтектической температуры Тэ. При этом в равновесии находятся три фазы: расплав, вещество В и соединение А·2В. В соответствии с правилом фаз система в этом случае является инвариантной. Это означает, что при изменении одного из параметров (при рассматриваемом охлаждении это температура) неизбежно должен измениться фазовый состав системы. И действительно, с выпадением всё большего числа кристаллов А·2В ранее выпавшие кристаллы В растворяются. Это поддерживает концентрацию В в расплаве при охлаждении постоянной. Таким трёхфазным системам отвечает фазовое поле ЭС wz, а на кривой охлаждения - средний наклонный участок. При температуре Тэ состав расплава становится равным эвтектическому и начинается кристаллизация эвтектики (нижний горизонтальный участок на кривой охлаждения). Нижний наклонный участок соответствует охлаждению системы, состоящей из двух твёрдых фаз - кристаллических В и А·2В.

Третий компонент в двухслойной жидкой системе. Коэффициент распределения. Закон распределения Нернста. Жидкостная экстракция.

Третий компонент в двухслойной жидкой системе. Закон

Распределения Нернста

В смеси двух чистых жидкостей, нерастворимых друг в друге, образуется два жидких слоя. На практике одним из компонентов чаще всего бывает вода, а другим - какой-либо органический растворитель (например, диэтиловый эфир, сероуглерод, тетрахлорметан и др.). За некоторыми исключениями органические растворители имеют меньшую плотность, чем вода, поэтому нижний слой в двухфазной системе, как правило, бывает водным, а верхний - органическим. Если в такую систему добавить третье вещество (третий компонент), растворимое в обеих жидкостях, то после установления равновесия этот третий компонент распределится между обоими слоями, образуя растворы с различной концентрацией. Отношение концентраций третьего компонента в обеих фазах называется коэффициентом распределения и обозначается К:

С1 К = ¾ ¾ . (8.1) С2

Коэффициент распределения не зависит от абсолютного содержания в системе всех трёх её компонентов и зависит только от температуры. Приведённое уравнение является математическим выражением закона распределения, выведенного В.Нернстом (1890):

Распределение каждого из растворённых веществ между двумя фазами определяется индивидуальным коэффициентом распределения, величина которого не зависит от присутствия других веществ.

Для растворов, не являющихся идеальными, концентрации в математическом выражении закона должны быть заменены актив­но­стя­ми:

а1 К = ¾ ¾ . а2

С1 К = ¾ ¾ , (8.2) Сn2

В зависимости от природы растворителя растворённый неэлектролит может присутствовать в нём в виде отдельных молекул или в виде ассоциатов. Ассоциаты, т. е. относительно неустойчивые группы - димеры, тримеры и т. п., - образуются, как правило, за счёт водородных связей. Их присутствие заметно влияет на свойства растворов, а, значит, и на величину коэффициента распределения. При наличии ассоциации уравнение для коэффициента распределения приобретает вид:

где n - отношение молярных масс растворённого вещества в верхнем и в нижнем слоях (иначе - его степень ассоциации ).

Уравнения (8.1) и (8.2) и закон распределения лежат в основе одного из важнейших технологических процессов - жидкостной экстракции. На этом законе основан также один из широко применяемых методов исследования и анализа - распределительная хроматография.

Жидкостная экстракция

Принцип жидкостной экстракции заключается в следующем. Если к раствору какого-либо вещества (например, к водному раствору иода) прилить некоторое количество несмешивающейся с водой органической жидкости, способной растворять это вещество (например, диэтилового эфира), то третий компонент будет самопроизвольно переходить через поверхность раздела фаз, т. е. распределяться между двумя жидкими слоями. Движущей силой распределения является разность значений химического потенциала этого третьего компонента по обе стороны межфазной границы. Поэтому распределение заканчивается и равновесие наступает тогда, когда химический потенциал распределяющегося компонента (в нашем примере - иода) примет одинаковые значения в обеих жидких фазах. Переход третьего компонента через поверхность раздела фаз можно рассматривать как извлечение ( экстракцию ) его вторым растворителем.

Растворитель, с помощью которого производится извлечение третьего компонента из первоначального раствора, называется экстрагентом, третий компонент (в нашем примере это иод) - экстрагируемым веществом. Образовавшийся после установления равновесия раствор экстрагируемого вещества в экстрагенте называется экстрактом, а обеднённый экстрагируемым веществом раствор в той жидкости, из которой велась экстракция, - рафинатом.

Жидкостная экстракция применяется для выделения веществ из растворов, где они присутствуют в очень малых количествах. Например, иод, содержащийся в попутных водах буровых скважин, можно экстрагировать эфиром или сероуглеродом. В фармацевтической практике экстракция применяется для выделения из растительного сырья эфирных масел, алкалоидов, витаминов, антибиотиков и других лекарственных веществ. В качестве экстрагентов в фармации используют хлороформ, хлористый метилен, этилацетат, амилацетат, эфир, бензол и другие растворители.


Поделиться:



Последнее изменение этой страницы: 2017-03-17; Просмотров: 658; Нарушение авторского права страницы


lektsia.com 2007 - 2024 год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! (0.017 с.)
Главная | Случайная страница | Обратная связь