- •Міністерство освіти і науки, молоді та спорту україни
- •Видання подається в авторський редакції вступ
- •Лабораторна робота № 1 Визначення інтегральної теплоти розчинення солі
- •Теоретичні відомості
- •Завдання на виконання роботи
- •Опрацювання результатів
- •Лабораторна робота № 1.2
- •Визначення інтегральної теплоти розчинення
- •Невідомої солі
- •Порядок виконання роботи
- •Опрацювання результатів
- •Питання для самоперевірки
- •Лабораторна робота № 2 побудова та аналіз діаграм стану обмежено розчинних рідин
- •Теоретичні відомості
- •Завдання на виконання роботи
- •Прилади, лабораторний посуд та реактиви
- •Порядок виконання роботи
- •Опрацювання результатів
- •Питання для самоперевірки
- •Лабораторна робота № 3 кріометричне визначення молярної маси речовини
- •Теоретичні відомості
- •Кріоскопічні сталі деяких розчинників
- •Визначення температури замерзання чистого розчинника
- •Визначення температури замерзання розчину
- •Завдання на виконання роботи
- •Установки, прилади, лабораторний посуд, реактиви
- •Порядок виконання роботи
- •Опрацювання результатів
- •Питання для самоперевірки
- •Лабораторна робота №4 електропровідність розчинів електролітів
- •Теоретичні відомості
- •Електрична провідність розчинів слабких електролітів
- •Електрична провідність розчинів сильних електролітів
- •Методика виміру електричної провідності
- •Завдання на виконання роботи
- •Опрацювання результатів
- •Лабораторна робота № 4.2 визначення електропровідності розчинів сильних електролітів Порядок виконання роботи
- •Опрацювання результатів
- •Оцінка похибки вимірювань
- •Аналіз одержаних результатів, висновки
- •Питання для самоперевірки
- •Лабораторна робота № 5 електрорушійні сили
- •Теоретичні відомості
- •Завдання на виконання роботи
- •Прилади, лабораторний посуд та реактиви
- •Порядок виконання роботи
- •Питання для самоперевірки
- •Лабораторна робота №6 хімічна кінетика
- •Теоретичні відомості
- •Лабораторна робота № 6.1
- •Аналіз одержаних результатів, висновки
- •Лабораторна робота №6.2
- •Опрацювання результатів
- •Питання для самоперевірки
- •Лабораторна робота № 7 визначення поверхневого натягу розчинів та розрахунок адсорбції на межі поділу розчин – повітря
- •Теоретичні відомості
- •Завдання на виконання роботи
- •Прилади, лабораторний посуд та реактиви
- •Порядок виконання лабораторної роботи
- •Характеристики пар
- •Опрацювання результатів
- •Поверхневий натяг розчинів оцтової кислоти
- •Питання для самоперевірки
- •Лабораторна робота № 8 адсорбція на межі поділу тверде тіло – рідина. Обчислення питомої поверхні адсорбенту
- •Теоретичні відомості
- •Завдання на виконання роботи
- •Прилади, лабораторний посуд та реактиви
- •Порядок виконання роботи
- •Опрацювання результатів
- •Результати розрахунку адсорбції на межі поділу тверде тіло – рідина
- •Питання для самоперевірки
- •Лабораторна робота № 9 методи одержання колоїдних систем
- •Теоретичні відомості
- •Будова колоїдної частинки
- •Прилади, лабораторний посуд, реактиви
- •Порядок виконання роботи № 9.4
- •Опрацювання результатів
- •Швидкість електрофоретичного перенесення визначають за рівнянням:
- •Опрацювання результатів
- •Питання для самоперевірки
- •Лабораторна робота № 11 визначення порогу коагуляції золю гідроксиду заліза та перевірка правила шульце-гарді
- •Теоретичні відомості
- •Завдання на виконання роботи
- •Прилади, лабораторний посуд та реактиви
- •Порядок виконання роботи
- •Результати дослідження коагуляції золю гідроксиду заліза
- •Опрацювання результатів
- •Результати визначення порогу коагуляції та коагулюючої дії іонів різної валентності
- •Оцінка похибки вимірювань
- •Питання для самоперевірки
- •Лабораторна робота № 12 вивчення кінетики та визначення ступеня набухання желатини
- •Теоретичні відомості
- •Лабораторна робота № 12.1 вагове вИвчення кінетики набухання желатину у водно– спиртових сумішах
- •Завдання на виконання роботи
- •Прилади, лабораторний посуд, реактиви
- •Порядок виконання роботи
- •Опрацювання результатів
- •Результати дослідження кінетики набухання желатину ваговим методом
- •Лабораторна робота № 12.2 вплив рН на ступінь набухання желатини та визначення ізоелектричної точки методом набухання
- •Завдання на виконання роботи
- •Прилади, лабораторний посуд та реактиви
- •Порядок виконання роботи
- •Опрацювання результатів
- •Результати дослідження кінетики набухання желатину в розчинах з різним значенням рН ваговим методом
- •Залежність граничного набухання желатину від рН розчину
- •Порядок виконання роботи
- •Опрацювання результатів
- •Залежність граничного ступеня набухання желатину від рН розчину
- •Питання для самоперевірки
- •Лабораторна робота № 13 визначеня зв`язаної води індикаторним рефрактометричним методом
- •Теоретичні відомості
- •Завдання на виконання роботи
- •Прилади, лабораторний посуд та реактиви
- •Порядок виконання роботи
- •Опрацювання результатів
- •Оцінка похибки вимірювань
- •Питання для самоперевірки
- •Література
- •Фізична та колоїдна хімія методичні рекомендації до виконання лабораторних робіт
- •Видання подається в авторський редакції
Лабораторна робота № 2 побудова та аналіз діаграм стану обмежено розчинних рідин
Мета роботи –ознайомитися з принципами фізико-хімічного аналізу і навчитися будувати за експериментальними даними діаграми стану двохкомпонентних рідких систем з обмеженою розчинністю компонентів.
Теоретичні відомості
Для аналізу поведінки систем, які складаються з декількох фаз застосовують фізико-хімічний метод, який ґрунтується на дослідженні зв’язків між складом системи (або іншими параметрами її стану) та її властивостями.
Однорідні частини гетерогенної системи називають фазою. Фаза – це сукупність гомогенних частин системи, однакових у всіх точках за складом та фізико-хімічними властивостями та розмежованих одна від одної поверхнею розділу. Кожна з фаз гетерогенної системи може складатися з кількох речовин. Речовина при зміні тиску та температури може переходити з одного агрегатного стану в інший. Ці переходи називають фазовими переходами.
Фазове перетворення (фазовий перехід) – процес переходу речовини з однієї фази в іншу, в якому не відбувається хімічних реакцій. Це такі процеси як випаровування, сублімація, плавлення та ін.
Характеристики систем з фазовими переходами прийнято відображати у вигляді графічної залежності стану системи від зовнішніх умов – так званих діаграм стану.
Аналіз діаграм стану дозволяє визначити кількість фаз в системі, межі їх існування, характер взаємодії компонентів.
Діаграми стану також дають можливість виявити наявність хімічних сполук в системі, склад цих сполук, температуру фазових перетворень тощо. Якщо в системі досліджується залежність температури плавлення від складу, одержують діаграму плавкості. Якщо криві будують в координатах електрична провідність – склад, в'язкість – склад або температура змішування двох рідин – склад, отримують відповідно діаграму електричної провідності, в'язкості або розчинності. Будь-яка точка на діаграмі стану (т. з. фігуративна точка) відповідає певному стану системи з визначеними значеннями параметрів стану.
Теоретична основа фізико-хімічного аналізу – правило фаз Гіббса.
Правило фаз Гіббса: у термодинамічній системі, що перебуває у стані рівноваги, на яку з усіх можливих факторів діють лише температура та тиск, число термодинамічних степенів вільності визначається різницею між кількістю компонентів К і кількістю фаз Ф плюс два.
С=К–Ф+2 (2.1)
де С – число степенів вільності – це кількість незалежних термодинамічних параметрів системи, які можна одночасно та незалежно змінювати, не викликаючи зникнення або появи нових фаз; К – кількістьнезалежних компонентів системи – це мінімальна кількість незалежних складових, за допомогою яких можна виразити склад любої фази даної системи; Ф – кількість фаз (число однорідних частин системи, які мають визначений хімічний склад і термодинамічні властивості, відокремлених від інших фаз поверхнею поділу); 2 – число зовнішніх чинників, які обумовлюють існування системи, наприклад, тиск і температура. Якщо один із цих чинників сталий, замість "2" в рівнянні пишуть "1".
Система з одним степенем вільності називається моноваріантною. Якщо число ступенів вільності дорівнює нулю, система називається нонваріантною. Таким чином, число ступенів вільності за правилом фаз Гіббса можна виразити як різницю між кількістю компонентів і фаз плюс 2. Число 2 показує, що всі фази системи перебувають в рівновазі за двох заданих параметрів: температури і тиску. В цьому випадку повну об'ємну діаграму стану будують в координатах температура – тиск – склад.
Якщо процес відбувається за сталого тиску, будують пласку діаграму стану в координатах температура–склад (Т–N) і правило фаз Гіббса запишеться так: С=К–Ф+1.
Температура, за якої фази перебувають в рівновазі, є основною характеристикою фазового перетворення.
Обмежена взаємна розчинність двох рідин спостерігається у системах зі значним відхиленням від ідеальності. Така розчинність компонентів системи залежить від температури, проте вплив останньої на різні системи неоднаковий. В одних системах взаємна розчинність рідин збільшується з підвищенням температури і при цьому склад двох рівноважних фаз зближується. За деякої температури, яку називають критичною температурою розчинення (КТР), склад обох рівноважних фаз стає однаковим і досягається повна гомогенність системи. При обмеженій розчинності двох рідин утворюється двошарова система: верхній і нижній шари мають різний склад і становлять насичений розчин за даної температури однієї рідини в іншій. Між ними існує чітка межа поділу.
Взаємна розчинність двох рідин значною мірою залежить від зміни температури. З ростом температури збільшується кількість молекул з підвищеним запасом енергії руху, які здатні здійснити роботу переходу через межу поділу фаз. Отже, збільшується і взаємна розчинність рідин. Таким чином, склад спряжених розчинів буде дедалі зближуватися і за якоїсь температури зрівняється. Ця температура, починаючи з якої і вище рідини необмежено розчиняються одна в одній, називається верхньою критичною температурою розчинення.
Системи, що складаються із двох обмежено розчинних рідин, взаємна розчинність яких зростає із підвищенням температури, називаються системами з верхньою КТР. До них належать система вода–анілін, вода–фенол, вода–нітробензол. Залежність взаємної розчинності рідин від температури за сталого тиску відображають на діаграмах стану в координатах температура–склад.
Рис. 2.1 Діаграма взаємної розчинності води й аніліну за Р=сonst |
На рис. 2.1 наведена діаграма стану для системи вода–анілін. На цій діаграмі крива аКв називається кривою розшарування і розділяє діаграму на дві частини: гомогенну, яка знаходиться вище кривої розшарування, і гетерогенну, яка знаходиться нижче кривої розшарування. Фігуративні точки в гомогенній області, наприклад точка d, відображають стан однофазної двохваріантної системи (С=2–1+1=2). |
Будь-яка фігуративна точка, що лежить всередині гетерогенної області, наприклад точка 0, відображає стан двохфазної рівноважної системи з одним ступенем вільності (С=2–2+1=1). Склади рівноважних рідких фаз знаходяться за правилом з'єднувальної прямої (правило важеля), відповідно з яким фігуративні точки, що відображають склад усієї системи у цілому і склади окремих рівноважних фаз, лежать на одній прямій – ноді (ізотерма).
Так, суміш складу x, відображена на діаграмі фігуративною точкою О, розшаровується на дві рівноважні фази а і b(пряма ав – нода) складу x1, і х2. Характерна особливість систем, що розшаровуються, полягає у тому, що зі зміною складу всієї системи при даній температурі склади окремих рівноважних фаз залишаються без змін, а змінюється лише їх кількісне співвідношення. Зі зміною температури склади рівноважних рідких фаз змінюються. В точці К розчини стають тотожними, система стає гомогенною.
Система, що відображена на діаграмі точкою К, за умови сталого тиску (P=const) буде безваріантною (С=2–З+1=0). Для визначення положення критичної точки К на діаграмі застосовується правило Б.Ф. Алексєєва (правило важеля), відповідно до якого середини нод (точки g та l), що знаходяться між точками, які відображають склади рівноважних фаз (x1, і х2) лежать на одній прямій (лінія g, l), спрямованій до критичної точки K.
Рис. 2.2. Діаграма стану вода–триметилпіридин з нижньою критичною температурою розчинення |
Більшість сумішей, в яких взаємна розчинність двох рідин збільшується зі зниженням температури, називається системами з нижньою критичною температурою розчинення (КТР). Прикладом може бути система вода–триметилпіридин (рис. 2.2). |
Рис. 2.3 Діаграма стану система вода–нікотин з верхньою та нижньою критичними температурами розчинення (Р= сonst) |
Інколи взаємна розчинність рідин збільшується як з підвищенням температури, так і з її зниженням (системи з верхньою і нижньою КТР). Прикладом такої системи може бути діаграма стану вода–нікотин (рис. 2.3).
|