Концентрированные идеальные растворы

Такие растворы существуют в действительности, это смеси изотопов, изомеров, ближних гомологов (бензол, толуол).

В них силы взаимодействия между молекулами чистых веществ и в растворе одинаковы.

Образование раствора происходит без выделения или поглощения тепла (H = 0) и изменения объема (V = 0). В идеальном растворе закон Рауля справедлив для обоих компонентов : P_A = N_AP_A⁰, P_B = N_BP_B⁰ – парциальное давление пара компонента над раствором пропорционально его мольной доле в растворе.

P_A⁰ и P_B⁰ – давление насыщенного пара чистых компонентов А и В.

Примечание: Идеальный раствор - это раствор, где закон Рауля справедлив для обоих компонентов во всей области концентраций и температур.

Состав пара над идеальным раствором

может быть рассчитан теоретически. Например, система бензол (Б) – толуол (Т), t = 60С

При Т = const (t = 60С)

P_Б⁰ = 385 мм.рт.ст.

P_Т⁰ = 140 мм.рт.ст.

t = 60С

На диаграммах такого типа бывшая кривая общего давления называется кривой жидкости.

Состав пара считается по следствию закона Дальтона

P_i = N_i'P_общ

N_i' – мольная доля компонента в паре

Парциальное давление компонентов для кривой жидкости рассчитывается по закону Рауля: P_i = N_iP_i⁰

Например: компонентов в жидкости поровну (т.е. N_Б = 0,5 и N_Т = 0,5)

P_общ = 270 мм.рт.ст.

Построение диаграммы температура-состав. Законы Коновалова

Для этой же системы (бензол – толуол)

t, С

Вывод, который справедлив для любой системы, идеальной или неидеальной: в общем случае жидкость и пар имеют различный состав, при этом в паре больше того компонента, который более летуч (для данного примера более летуч – бензол, т.к. при Т = const у него больше давление насыщения пара, а при Р = const ниже температура кипения). Это первый закон Коновалова.

Составы слоев определяются точками пересечения соответствующей изотермы (ноды) с кривой

На практике для расчета числа теоретических тарелок ректификационной колонны используют, так называемые X–Y диаграммы.

Обозначим мольную долю компонента в жидкости через Х, а пара - через Y.

Неидеальные растворы

1. Система, где взаимодействие между молекулами в растворе меньше, чем в индивидуальном состоянии наблюдаются положительные отклонения от закона Рауля. Образование такого раствора сопровождается поглощением тепла и увеличением объема .

2. Если силы взаимодействия между молекулами в растворе больше, чем у индивидуальных компонентов, отклонение от закона Рауля будет отрицательным. Образование раствора протекает с выделением тепла и уменьшением объема. , , .

На диаграммах кружками обозначены области, в которых возможно применение законов Рауля и Генри:

1 и 2 – области применения закона Рауля для компонентов А и В.

3 – область применения закона Генри для компонента Б,

4 – область применения закона Генри для компонента А.

В растворах, где давление насыщенности паров компонентов (и Т_кип) близки, но компоненты сильно отличаются по химической природе, отклонения от закона Рауля будет сильными. Поэтому на кривых общего давления возникают экстремальные точки – верхние при положительных отклонениях и нижние при отрицательных.

Эти точки, независимо от знака отклонения, называются азеотропными.