Az etil-alkohol telített gőznyomása táblázat. Aceton: képlet, tulajdonságok, alkalmazás

A gyakorlatban számos olyan oldatot használnak széles körben, amelyek két vagy több, egymásban jól oldódó folyadékból állnak. A legegyszerűbbek a keverékek (oldatok), amelyek két folyadékból állnak - bináris keverékek. Az ilyen keverékeknél talált minták bonyolultabbaknál is használhatók. Ilyen kettős keverékek a következők: benzol-toluol, alkohol-éter, aceton-víz, alkohol-víz stb. Ebben az esetben mindkét komponens a gőzfázisban van. A keverék telített gőznyomása az összetevők parciális nyomásának összege lesz. Mivel egy oldószer keverékből gőzállapotba való átmenete a parciális nyomásával kifejezve jelentősebb, minél nagyobb molekuláinak tartalma az oldatban, Raoult megállapította, hogy „a fenti oldószer telített gőzének parciális nyomása az oldat egyenlő a tiszta oldószer feletti telített gőznyomás szorzatával azonos hőmérsékleten az oldatban lévő móltörtével":

Ahol - az oldószer telített gőznyomása a keverék felett; - telített gőznyomás egy tiszta oldószer felett; N – az oldószer mólfrakciója a keverékben.

A (8.6) egyenlet a Raoult-törvény matematikai kifejezése. Az illékony oldott anyag (a bináris rendszer második komponense) viselkedésének leírására ugyanezt a kifejezést használjuk:

. (8.7)

Az oldat feletti teljes telített gőznyomás egyenlő lesz (Dalton törvénye):

A keverék parciális és teljes gőznyomásának összetételétől való függését az ábra mutatja. 8.3, ahol az ordináta tengely a telített gőznyomást, az abszcissza tengely pedig az oldat összetételét mutatja móltörtekben. Ebben az esetben az x tengely mentén az egyik anyag (A) tartalma balról jobbra csökken 1,0-ról 0 mólfrakcióra, és ezzel egyidejűleg a második komponens (B) tartalma ugyanabban az irányban 0-ról 1,0-ra nő. . Minden egyes készítmény esetében a teljes telített gőznyomás egyenlő a parciális nyomások összegével. A keverék össznyomása egy egyedi folyadék telített gőznyomásától változik a második tiszta folyadék telített gőznyomására .

A Raoult- és Dalton-törvényeket gyakran használják a folyadékkeverékek tűzveszélyének értékelésére.

Keverék összetétele, mólfrakciók

Rizs. 8.3 Az oldat összetételének diagramja – telített gőznyomás

Jellemzően a gőzfázis összetétele nem esik egybe a folyékony fázis összetételével, és a gőzfázis illékonyabb komponensben gazdagodik. Ez a különbség grafikusan is ábrázolható (a grafikon hasonló a 8.4. ábra grafikonjához, csak az ordináta nem hőmérséklet, hanem nyomás).

A forráspontok összetételtől való függését ábrázoló diagramokon (diagram összetétel - forráspont rizs. 8.4), általában két görbét szokás felállítani, amelyek közül az egyik ezeket a hőmérsékleteket a folyadékfázis összetételéhez, a másik a gőz összetételéhez viszonyítja. Az alsó görbe a folyékony összetételekre vonatkozik (folyadékgörbe), a felső görbe pedig a gőzösszetételekre (gőzgörbe).

A két görbe közötti mező egy kétfázisú rendszernek felel meg. Bármely pont, amely ebben a mezőben található, két fázis - oldat és telített gőz - egyensúlyának felel meg. Az egyensúlyi fázisok összetételét a görbéken átmenő izoterma és az adott pont metszéspontjában fekvő pontok koordinátái határozzák meg.

T 1 hőmérsékleten (adott nyomáson) egy x 1 összetételű folyékony oldat forr (a 1 pont a folyadékgörbén), az ezzel az oldattal egyensúlyban lévő gőz összetétele x 2 (a gőzgörbe b 1 pontja).

Azok. x 1 összetételű folyadék az x 2 összetételű gőznek felel meg.

A kifejezések alapján:
,
,
,
,

a folyadék és a gőzfázis összetétele közötti kapcsolat a következő összefüggéssel fejezhető ki:

. (8.9)

Rizs. 8.4. Bináris keverékek összetétele-forráspont diagramja.

Egy egyedi folyadék valós telített gőznyomása adott hőmérsékleten jellemző érték. Gyakorlatilag nincs olyan folyadék, amelynek azonos hőmérsékleten azonos telített gőznyomása lenne. Ezért mindig többé-kevésbé . Ha >, Azt >, azaz a gőzfázis összetételét az A komponenssel dúsítják. Az oldatok tanulmányozása során D.P. Konovalov (1881) általánosítást tett Konovalov első törvényének.

Egy bináris rendszerben a gőz a vele egyensúlyban lévő folyadékhoz képest viszonylag gazdagabb abban a komponensben, amelynek a rendszerhez való hozzáadása megnöveli a teljes gőznyomást, i.e. adott nyomáson csökkenti a keverék forráspontját.

Konovalov első törvénye az elméleti alapja annak, hogy a folyékony oldatokat frakcionált desztillációval eredeti komponenseikre szétválasztják. Például a K ponttal jellemezhető rendszer két egyensúlyi fázisból áll, amelyek összetételét az a és b pont határozza meg: az a pont a telített gőz összetételét, a b pont az oldat összetételét jellemzi.

A grafikon segítségével összehasonlítható a gőz- és folyadékfázisok összetétele a görbék közötti sík bármely pontjában.

Valódi megoldások. Raoult törvénye nem érvényes a valódi megoldásokra. Kétféle eltérés létezik a Raoult-törvénytől:

az oldatok parciális nyomása nagyobb, mint az ideális oldatok gőzeinek nyomása vagy illékonysága. A teljes gőznyomás nagyobb, mint az additív érték. Az ilyen eltéréseket pozitívnak nevezzük például a keverékeknél (8.5 a, b ábra) CH 3 COCH 3 -C 2 H 5 OH, CH 3 COCH 3 -CS 2, C 6 H 6 - CH 3 COCH 3, H 2 O-CH3OH, C2H5OH-CH3OCH3, CCl4-C6H6 stb.;

b

Rizs. 8.5. A gőz teljes és részleges nyomásának összetételétől való függése:

a – a Raoult-törvénytől pozitív eltérést mutató keverékek esetében;

b – a Raoult-törvénytől negatív eltérést mutató keverékekhez.

Az oldatok parciális nyomása kisebb, mint az ideális oldatok gőznyomása. A teljes gőznyomás kisebb, mint az additív érték. Az ilyen eltéréseket negatívnak nevezzük. Például egy keverékhez: H 2 O-HNO 3 ; H20-HCl; CHCI3-(CH3)2CO; CHCl 3 -C 6 H 6 stb.

Pozitív eltérések figyelhetők meg azokban az oldatokban, amelyekben a különböző molekulák kisebb erővel lépnek kölcsönhatásba, mint a homogén molekulák.

Ez megkönnyíti a molekulák átalakulását az oldatból a gőzfázisba. A pozitív eltérésű oldatok hőfelvétellel jönnek létre, pl. a tiszta komponensek keveredési hője pozitív lesz, térfogatnövekedés következik be, és az asszociáció csökken.

A Raoult-törvénytől való negatív eltérések olyan oldatokban fordulnak elő, amelyekben fokozódik a különböző molekulák kölcsönhatása, a szolvatáció, a hidrogénkötések kialakulása és a kémiai vegyületek képződése. Ez megnehezíti a molekulák átjutását az oldatból a gázfázisba.

A ketonok legegyszerűbb képviselője. Színtelen, erősen mozgékony, illékony folyadék, éles, jellegzetes szaggal. Teljesen elegyedik vízzel és a legtöbb szerves oldószerrel. Az aceton jól oldja számos szerves anyagot (cellulóz-acetát és nitrocellulóz, zsírok, viasz, gumi stb.), valamint számos sót (kalcium-klorid, kálium-jodid). Az emberi szervezet által termelt metabolitok egyike.

Az aceton alkalmazása:

Polikarbonátok, poliuretánok és epoxigyanták szintézisében;

A lakkok gyártásában;

Robbanóanyagok gyártása során;

Gyógyszergyártásban;

A filmragasztó összetételében a cellulóz-acetát oldószereként;

Alkatrész felületek tisztításához különféle gyártási folyamatokban;

Széles körben használják acetilén tárolására, amely tiszta formájában nem tárolható nyomás alatt a robbanásveszély miatt (ehhez acetonba áztatott porózus anyagú edényeket használnak. 1 liter aceton akár 250 liter acetilént is felold) .

Veszély az emberre:

Veszélyes egyszeri expozíció magas koncentrációjú acetonnal A gőz irritálja a szemet és a légutakat. Az anyagnak hatása lehet a központi idegrendszerre, a májra, a vesére és a gyomor-bélrendszerre. Az anyag bejuthat a szervezetbe belégzéssel és a bőrön keresztül. A bőrrel való hosszan tartó érintkezés dermatitiszt okozhat. Az anyag hatással lehet a vérre és a csontvelőre. Az Európában tapasztalható magas toxicitás miatt az aceton helyett gyakrabban metil-etil-ketont használnak.

Tűzveszély:

Tűzveszélyes. Az aceton a 3.1 osztályú gyúlékony folyadékok közé tartozik, lobbanáspontja +23 C-nál alacsonyabb. Kerülje a nyílt lángot, szikrát és a dohányzást. Az acetongőz és a levegő keveréke robbanásveszélyes. Ha ez az anyag 20°C-on elpárolog, akkor a veszélyes légszennyezés elég gyorsan bekövetkezik. Permetezéskor - még gyorsabban. A gőz nehezebb a levegőnél, és a talajon haladhat. Az anyag robbanásveszélyes peroxidokat képezhet erős oxidálószerekkel, például ecetsavval, salétromsavval, hidrogén-peroxiddal érintkezve. Normál körülmények között reagál kloroformmal és bromoformmal, tűz- és robbanásveszélyt okozva. Az aceton agresszív bizonyos típusú műanyagokkal szemben.

Név összetevő	Antoine-egyenlet együtthatói
Butanol-1
Vinil-acetát
Metil-acetát
Morfolin
Hangyasav
Ecetsav
Pirrolidin
Benzil alkohol
Ethanethiol
Klórbenzol
Triklór-etilén *
Kloroform
Trimetil-borát *
Metil-etil-keton
Etilén-glikol
Etil-acetát
2-metil-2-propanol
Dimetil-formamid

Megjegyzések: 1)

* adat.

Fő irodalom

Serafimov L.A., Frolkova A.K. A koncentrációs mezők szeparációs területek közötti újraelosztásának alapelve, mint technológiai komplexumok létrehozásának alapja. Theor. a kémia alapjai Technol., 1997–T. 31, 2. sz. pp.184–192.

Timofejev V.S., Serafimov L.A. Az alapvető szerves és petrolkémiai szintézis technológiai elvei - M.: Khimiya, 1992. 432 p.

Kogan V.B. Azeotróp és extrakciós rektifikáció – L.: Khimiya, 1971. 432 p.

Sventoslavsky V.V. Azeotrópia és poliazeotrópia. – M.: Kémia, 1968. –244 p.

Serafimov L.A., Frolkova A.K. A bináris folyékony oldatok általános elvei és osztályozása a többlettermodinamikai függvények szempontjából. Módszertani utasítások. – M.: JSC Rosvuznauka, 1992. 40 p.

Wales S. Fázisegyensúlyok a kémiai technológiában. T.1. – M.: Mir, 1989. 304 p.

A folyadék-gőz egyensúly termodinamikája / Szerk.: A. G. Morachevsky.  L.: Kémia, 1989. 344 p.

Ogorodnikov S.K., Lesteva T.M., Kogan V.B. Azeotróp keverékek. Címtár.L.: Kémia, 1971.848 p.

Kogan V.B., Fridman V.M., Kafarov V.V. Egyensúly a folyadék és a gőz között. Felhasználói kézikönyv, 2 kötetben. M.-L.: Nauka, 1966.

Lyudmirskaya G.S., Barsukova T.V., Bogomolny A.M. Egyensúlyi folyadék - gőz. Könyvtár. L.: Kémia, 1987. 336 p.

Reed R., Prausnitz J., Sherwood T. Gázok és folyadékok tulajdonságai Leningrád: Khimiya, 1982. 592 p.

Belousov V.P., Morachevsky A.G. Folyadékok keveredési hője. Címtár. L.: Kémia, 1970 256 p.

Belousov V.P., Morachevsky A.G., Panov M.Yu. Nem elektrolit oldatok termikus tulajdonságai. Könyvtár. - L.: Kémia, 1981. 264 p.

A párolgás a folyadék gőzzé való átalakulása egy szabad felületről a folyadék forráspontja alatti hőmérsékleten. A párolgás a folyékony molekulák hőmozgása következtében következik be. A molekulák mozgási sebessége széles tartományban ingadozik, mindkét irányban nagymértékben eltér átlagos értékétől. Egyes molekulák, amelyeknek kellően nagy a mozgási energiájuk, a folyadék felszíni rétegéből a gáz (levegő) közegbe távoznak. A folyadék által elvesztett molekulák többletenergiáját a molekulák közötti kölcsönhatási erők leküzdésére és a folyadék gőzzé alakulásakor a tágulási munkára (térfogatnövekedésre) fordítják.

A párolgás endoterm folyamat. Ha kívülről nem jut hő a folyadékhoz, az a párolgás következtében lehűl. A párolgás sebességét az egységnyi idő alatt, a folyadék egységnyi felületén képződő gőz mennyisége határozza meg. Ezt figyelembe kell venni a gyúlékony folyadékok felhasználásával, gyártásával vagy feldolgozásával foglalkozó iparágakban. A párolgási sebesség növelése a hőmérséklet emelkedésével a gőzök robbanásveszélyes koncentrációinak gyorsabb kialakulását eredményezi. A maximális párolgási sebesség vákuumba és korlátlan térfogatra történő párologtatáskor figyelhető meg. Ez a következőképpen magyarázható. A párolgási folyamat megfigyelt sebessége a molekulák folyadékfázisból való átmenetének teljes sebessége V 1 és a kondenzáció sebessége V 2 . A teljes folyamat egyenlő a két sebesség különbségével: . Állandó hőmérsékleten V 1 nem változik, de V 2 arányos a gőzkoncentrációval. Ha a határértékben vákuumba párolog V 2 = 0 , azaz a folyamat teljes sebessége maximális.

Minél nagyobb a gőzkoncentráció, annál nagyobb a kondenzációs sebesség, ezért annál kisebb a teljes párolgási sebesség. A folyadék és telített gőze közötti határfelületen a párolgási sebesség (teljes) nullához közelít. A zárt tartályban lévő folyadék elpárolog és telített gőzt képez. A folyadékkal dinamikus egyensúlyban lévő gőzt telítettnek nevezzük. Dinamikus egyensúly adott hőmérsékleten akkor jön létre, ha a párolgó folyadékmolekulák száma megegyezik a kondenzálódó molekulák számával. A telített gőz, amely nyitott edényt hagy a levegőben, felhígul és telítetlenné válik. Ezért a levegőben

Azokban a helyiségekben, ahol forró folyadékokat tartalmazó tartályok találhatók, ezeknek a folyadékoknak telítetlen gőzei vannak.

A telített és telítetlen gőzök nyomást gyakorolnak az erek falára. A telített gőznyomás a folyadékkal egyensúlyban lévő gőz nyomása adott hőmérsékleten. A telített gőz nyomása mindig nagyobb, mint a telítetlen gőzé. Nem függ a folyadék mennyiségétől, felületének nagyságától vagy az edény alakjától, hanem csak a folyadék hőmérsékletétől és jellegétől. A hőmérséklet emelkedésével a folyadék telített gőznyomása nő; a forrásponton a gőznyomás megegyezik a légköri nyomással. Minden egyes hőmérsékleti értéknél az egyedi (tiszta) folyadék telített gőznyomása állandó. Folyadékok keverékeinek (olaj, benzin, kerozin stb.) telített gőznyomása azonos hőmérsékleten a keverék összetételétől függ. Az alacsony forráspontú termékek folyadéktartalmának növekedésével növekszik.

A legtöbb folyadék esetében ismert a telített gőznyomás különböző hőmérsékleteken. Egyes folyadékok telített gőznyomásának értékeit különböző hőmérsékleteken a táblázat tartalmazza. 5.1.

5.1. táblázat

Anyagok telített gőznyomása különböző hőmérsékleteken

Anyag	Telített gőznyomás, Pa, hőmérsékleten, K
Butil-acetát Bakui repülőbenzin Metil-alkohol Szén-diszulfid Terpentin Etanol Etil-éter Etil-acetát

Az asztalról találták.

5.1. a folyadék telített gőznyomása a gőz-levegő keverék össznyomásának szerves része.

Tegyük fel, hogy egy edényben 263 K hőmérsékleten a szén-diszulfid felszíne felett képződött gőz és levegő keverékének nyomása 101080 Pa. Ekkor a szén-diszulfid telített gőznyomása ezen a hőmérsékleten 10773 Pa. Ezért ebben a keverékben a levegő nyomása 101080 – 10773 = 90307 Pa. A szén-diszulfid hőmérsékletének növekedésével

telített gőznyomása nő, a légnyomás csökken. A teljes nyomás állandó marad.

A teljes nyomásnak egy adott gáznak vagy gőznek tulajdonítható részét parciálisnak nevezzük. Ebben az esetben a szén-diszulfid gőznyomását (10773 Pa) parciális nyomásnak nevezhetjük. Így a gőz-levegő keverék össznyomása a szén-diszulfid, oxigén és nitrogéngőzök parciális nyomásának összege: P gőz + + = P összesen. Mivel a telített gőzök nyomása része a levegővel alkotott keverékük össznyomásának, lehetővé válik a levegőben lévő folyékony gőzök koncentrációjának meghatározása a keverék ismert össznyomásából és a gőznyomásból.

A folyadékok gőznyomását a tartály falához ütköző molekulák száma vagy a folyadék felszíne feletti gőzkoncentrációja határozza meg. Minél nagyobb a telített gőz koncentrációja, annál nagyobb lesz a nyomása. A telített gőz koncentrációja és parciális nyomása közötti összefüggés a következőképpen kereshető.

Tegyük fel, hogy el lehet választani a gőzt a levegőtől, és a nyomás mindkét részben egyenlő marad a Ptot össznyomással. Ekkor a gőz és a levegő által elfoglalt térfogat ennek megfelelően csökken. A Boyle-Mariotte törvény szerint a gáz nyomásának és térfogatának szorzata állandó hőmérsékleten állandó érték, azaz. hipotetikus esetünkre a következőket kapjuk:

.

A folyadék telített gőznyomása a hőmérséklet emelkedésével nő (8.2. ábra), és amint egyenlővé válik a légköri nyomással, a folyadék felforr. ábrából 8.2 látható, hogy a telített gőz nyomása természetesen növekszik a hőmérséklet emelkedésével. Ugyanazon külső nyomáson a folyadékok különböző hőmérsékleteken forrnak, mivel eltérő a telített gőznyomásuk.

aceton etanol víz

Hőmérséklet, оС

Rizs. 8.2 Egy folyadék telített gőznyomásának (P×10-5 Pa.) hőmérséklettől való függése (aceton, etil-alkohol, víz, ill.).

Ha megváltoztatja a külső nyomást, a folyadék forráspontja megváltozik. A külső nyomás növekedésével a forráspont növekszik, csökkenésével (vákuum) csökken. Bizonyos külső nyomáson a folyadék szobahőmérsékleten forrhat.

A telített gőz nyomásának hőmérséklettől való függését a Clausius–Clapeyron egyenlet fejezi ki

, (8.1)

hol van a párolgás moláris entalpiája, ; - térfogat moláris változása a párolgási folyamat során, egyenlő .

Amikor egy folyadék elpárolog, a gőzfázis térfogata élesen megváltozik a folyadékfázishoz képest. Tehát, amikor 1 víz elpárolog 25 ° C-on és 760 Hgmm nyomáson. Művészet. 1244 pár keletkezik, i.e. a hangerő 1244-szeresére nőtt. Ezért az egyenletben a folyadék térfogata elhanyagolható: , .

. (8.2)

Figyelembe véve a Mengyelejev–Clapeyron egyenletet, majd

. (8.3)

A (8.3) egyenlet integrálása a képlethez vezet

. (8.4)

Ez a képlet két tudós – Clausius és Clapeyron – nevét viseli, akik különböző kiindulási pontokból származtatták.

A Clausius–Clapeyron képlet minden fázisátalakulásra vonatkozik, beleértve az anyag olvadását, párologtatását és feloldódását.

A folyadék párolgáshője az a hőmennyiség, amelyet a folyadék az izoterm párolgás során elnyel. Megkülönböztetik a moláris párolgáshőt és a fajlagos párolgáshőt (1 g folyadékra vonatkoztatva). Minél nagyobb a párolgáshő, a folyadék – egyéb tényezők változatlansága mellett – lassabban párolog el, mivel a molekuláknak nagyobb intermolekuláris kölcsönhatási erőket kell leküzdeniük.

A párolgáshők összehasonlítása egyszerűbb lehet, ha állandó hőmérsékleten tekintjük őket.

Ennek meghatározására széles körben alkalmazzák a Trouton-szabályt: a különböző folyadékok légköri nyomáson (P = const) keletkező moláris párolgáshője egyenesen arányos a forráspontjukkal Tbp.

vagy

Az arányossági együtthatót Trouton-együtthatónak nevezik, és a legtöbb normál (nem asszociált) folyadéknál 88,2-92,4 .

Egy adott folyadék párolgáshője a hőmérséklettől függ. A hőmérséklet növekedésével csökken, és a kritikus hőmérsékleten nullával egyenlő.

A mérnöki számításoknál az empirikus Antoine-egyenletet használják

, (8.5)

ahol A, B az anyagot jellemző állandók.

A telített gőz nyomásának a hőmérséklettől való függését a tűztechnikai számítások során a gőzkoncentráció (; %), a láng terjedésének hőmérsékleti határértékeinek kiszámításához használjuk.

.

Tűz esetén a folyadékok elpárolognak a környező térbe. A folyadék párolgási sebessége határozza meg kiégésének sebességét. Ebben az esetben a párolgási sebességet döntően befolyásolja az égési zónából érkező hőmennyiség.

A folyadékok kiégési sebessége nem állandó. Ez függ a folyadék kezdeti hőmérsékletétől, a tartály átmérőjétől, a benne lévő folyadék szintjétől, a szél sebességétől stb.

Telített gőznyomás korlátlanul elegyedő folyadékok oldataihoz képest

A gyakorlatban számos olyan oldatot használnak széles körben, amelyek két vagy több, egymásban jól oldódó folyadékból állnak. A legegyszerűbbek a keverékek (oldatok), amelyek két folyadékból állnak - bináris keverékek. Az ilyen keverékeknél talált minták bonyolultabbaknál is használhatók. Ilyen kettős keverékek a következők: benzol-toluol, alkohol-éter, aceton-víz, alkohol-víz stb. Ebben az esetben mindkét komponens a gőzfázisban van. A keverék telített gőznyomása az összetevők parciális nyomásának összege lesz. Mivel egy oldószer keverékből gőzállapotba való átmenete a parciális nyomásával kifejezve jelentősebb, minél nagyobb molekuláinak tartalma az oldatban, Raoult megállapította, hogy „a fenti oldószer telített gőzének parciális nyomása az oldat egyenlő a tiszta oldószer feletti telített gőznyomás szorzatával azonos hőmérsékleten az oldatban lévő móltörtével":

, (8.6)

ahol az oldószer telített gőznyomása a keverék felett; - telített gőznyomás tiszta oldószer felett; N az oldószer mólhányada a keverékben.

A (8.6) egyenlet a Raoult-törvény matematikai kifejezése. Ugyanezt a kifejezést használják az illékony oldott anyag (a bináris rendszer második komponense) viselkedésének leírására.