trekhkomponentnye_sistemy

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software

http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.

Ðàссмотрим знàчение полей нà диàгрàммàх: I- ненàсыщенный рàствор S1 и S2 в воде;

IIдвухфàзнàя системà, кристàллы S1 и нàсыщенный рàствор по линии

àе1;

IIIкристàллы S2 и нàсыщенный рàствор относительно S2 по линии be2; IVкристàллы S1S2·nH2O и рàствор, нàсыщенный относительно

кристàллогидрàтà, состàв рàстворà нàходится по линии e1e2;

V- трехфàзнàя облàсть: кристàллы S1, S1S2·nH2O и рàствор состàвà е1; VIтрехфàзнàя облàсть: кристàллы S2, S1S2·nH2O и рàствор состàвà е2; VIIтри кристàллические фàзы: S1, S1S2·nH2O и S1S2 ;

VIIIтри кристàллические фàзы: S2, S1S2·nH2O и S1S2.

Ïроведем испàрение рàстворà 1. Îт точки 1 до 2 происходит испàрение воды из рàстворà, изменение состàвà рàстворà, à в точке 2 рàствор стàновится нàсыщенным по отношению к кристàллогидрàту двойной соли (S1S2·nH2O) и выпàдàют первые кристàллы S1S2·nH2O. Ýтот процесс происходит от точки 2 до 3. Â точке 3 рàствор имеет состàв, отвечàющий точке е1, т.е. нàсыщенный по отношению к двум солям: S1S2·nH2O и S1, и от точки 3 до 4 выпàдàют обе эти соли. Â точке 4 зàкàнчивàется кристàллизàция из рàстворà, здесь последние кàпли рàстворà, и в дàльнейшем удàление воды происходит из кристàллогидрàтà, путем его обезвоживàния с обрàзовàнием новой твердой фàзы - безводной двойной соли S1S2. Ïолное удàление воды зàвершàется в точке 5 (нà треугольной диàгрàмме) и в системе остàется S1 и S1S2.

3 Âзàимнàя рàстворимость жидкостей в трехкомпонентных системàх

3.1 Èзотермà с огрàниченной рàстворимостью одной пàры компонентов

Æидкие трехкомпонентные системы могут состоять из компонентов, обрàзующих системы, в которых две жидкости облàдàют огрàниченной взàимной рàстворимостью, à третья жидкость неогрàниченно смешивàется с кàждой из них. Íà диàгрàммàх состояния тàких систем появляется облàсть рàсслàивàния (рисунок 15, облàсть akb). Â этом случàе прибàвление к первой пàре жидкостей, обрàзующих гетерогенную, двухслойную систему, третьей жидкости приводит к взàимной рàстворимости первых двух. Ëиния рàстворимости akb нàзывàется бинодàльной кривой (то есть состоящей из двух ветвей). Âетвь àk – рàстворы Â в À, bk – рàстворы À в Â (в присутствии компонентà Ñ). Ðàстворы, нàходящиеся в рàвновесии друг с другом, нàзывàются сопряженными. Òàким обрàзом, ветви àk и bk – это ветви кривых сопряженных рàстворов. Â точке k эти ветви смыкàются. Ñледовàтельно, в точке k обе фàзы стàновятся тождественными. Òочкà k является критической точкой рàстворения.

Ðàссмотрим процесс переходà от гомогенной системы к гетерогенной. Âозьмем систему, состàвленную из 25 % Â и 75 % À (точкà m) и перемешàем. ×ерез некоторое время устàновится рàвновесие двух рàстворов: рàстворà À в Â (точкà b) и рàстворà Â в À (точкà à), то есть системà стàлà двухслойной,

21

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software

http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.

гетерогенной. Ñоотношение между количествàми фàз à и b рàвно отношению отрезков mb и ma.

Ïри добàвлении к системе m веществà C системà стàновится трехкомпонентной, состàв ее меняется от точки m по линии mC. Äобàвление C увеличивàет взàимную рàстворимость À и Â, при этом вещество Ñ рàспределяется между двумя слоями, в результàте чего обрàзуется двà рàвновесных сопряженных рàстворà.

Ñостàвы этих рàстворов рàсполàгàются нà конноде, которàя не пàрàллельнà оси состàвов, à другие конноды не пàрàллельны друг другу. Ýто связàно с рàзной рàстворимостью компонентà Ñ в компонентàх À и Â.

C

		k
	a2	d1	d
a1	m2		b2
	m1		b1	O
d2
A a	m	n	b	B

Ðисунок 15 – Èзотермà рàстворимости трех жидкостей Îднà пàрà жидкостей рàстворимà огрàниченно

Ñоглàсно прàвилу Òàрàсенковà Ä.Í. продолжения коннод пересекàются в одной точке, лежàщей нà продолжении той стороны диàгрàммы, нà которой отложенà концентрàция огрàниченно рàстворимых жидкостей (точкà O нà рисунке 15).

Ëиния Îk является кàсàтельной к бинодàльной кривой. Çнàя положение точки O, можно нàйти состàвы сопряженных рàстворов в любой точке двухфàзной облàсти. Òàк, системà m1 состоит из двух рàвновесных фàз à1 и b1, à системà m2 – из двух рàстворов à2 и b2. Èз рисункà видно, что добàвление компонентà Ñ уменьшàет относительное количество фàзы, богàтой компонентом Â (отрезки am, a1m1, a2m2) à при достижении бинодàльной кривой величинà этого отрезкà обрàщàется в нуль, и в последующих точкàх вне двухфàзной облàсти системà стàновится гомогенной. Àнàлогично достигàется гомогенное состояние и при добàвлении компонентà Ñ к системе n. Òолько в этом случàе уменьшàется величинà слоя, богàтого компонентом À. Åсли же исходнàя системà

22

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software

http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.

проходит через точку k, то гомогенность достигàется не исчезновением одного из слоев, à сближением состàвов слоев от точки à до k и от точки b до k. Â точке k обà слоя стàновятся тождественными по состàву, и системà стàновится гомогенной.

Ïри нàличии диàгрàммы рàстворимости жидкостей можно определить, кàк меняется фàзовое состояние системы. Òàк, при исходном рàстворе, состоящем из Ñ и Â (точкà d), добàвление компонентà À по линии dA первонàчàльно не меняет гомогенность системы вплоть до пересечения с линией kb, где нàчинàется рàсслоение системы нà две фàзы (точкà d1). Ðàсслоение продолжàется при прохождении точки через гетерогенную облàсть. Ïри этом увеличивàется количество второй фàзы и уменьшàется количество первой фàзы при непрерывном изменении их состàвà. Ïри достижении точки d2 исчезàет первàя фàзà и дàлее системà остàется гомогенной. Òàким обрàзом, добàвление третьего компонентà может увеличивàть и уменьшàть взàимную рàстворимость компонентов бинàрной смеси.

Ïодобным же обрàзом могут вести себя и полностью нерàстворимые друг в друге жидкости À и Â, но при добàвлении компонентà Ñ они нàчинàют рàстворяться и зàтем достигàют гомогенного состояния.  этом случàе нà диàгрàмме (рисунок 15) отрезки àÀ и bB, отвечàющие гомогенным системàм  в À и À в  соответственно, отсутствуют. Áинодàльнàя кривàя будет проходить через точки À и Â, то есть будет линией ÀkÂ.

3.2Ðàвновесия в тройной системе с огрàниченной взàимной рàстворимостью двух и трех пàр компонентов

Ïри изучении рàвновесий в трехкомпонентных жидкостях были обнàружены системы с двумя и тремя гетерогенными облàстями.

Âид диàгрàммы определяется условиями, при которых изучàется рàстворимость, и при изменении условий, нàпример, темперàтуры, вид диàгрàммы меняется. Òàк диàгрàммà подобнàя той, что изобрàженà нà рисунке 15, при понижении темперàтуры претерпевàет изменения, отрàженные нà рисунке 16, и при темперàтуре Ò5 преврàщàется в диàгрàмму, в которой две пàры компонентов огрàниченно рàстворимые друг в друге À-Â и Ñ-Â (рисунок 17). Â этом случàе обрàзуется однà облàсть рàсслàивàния. Òàкое явление нàблюдàется, нàпример, в системе водà – этиловый спирт – нитрил янтàрной кислоты при понижении темперàтуры.

23

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software

http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.

C

T5

T4 K1

T3

T2

T1 K

A B

Ðисунок 16 – Äиàгрàммà рàвновесия тройной системы при рàзличных темперàтурàх

C

A B

Ðисунок 17 – Ðàвновесие в тройной системе с огрàниченной взàимной рàстворимостью двух пàр компонентов (однà облàсть рàсслàивàния)

Åсли же изнàчàльно существует нà диàгрàмме две облàсти рàсслàивàния (рисунок 18 à), то при понижении темперàтуры они могут слиться и обрàзовàть одну гетерогенную облàсть (рисунок 18 б).

24

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software

http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.

C C

A	B	A	B
	a)		б)

Ðисунок 18 – Ðàвновесие в тройной системе с огрàниченной рàстворимостью двух пàр компонентов

Âсистеме с огрàниченной взàимной рàстворимостью трех пàр компонентов нà диàгрàмме имеется три облàсти рàсслàивàния (рисунок 19 à). Ïри понижении темперàтуры могут быть рàзличные случàи: две из трех могут слиться подобно системе нà рисунке 18, à третья остàться сàмостоятельной (рисунок 19 б); могут слиться все три облàсти (рисунок 19 в).

Âэтом случàе три жидких слоя могут одновременно нàходиться в рàвновесии. Òри рàвновесных слоя обрàзуются, нàпример, в системе водà – эфир

–нитрил янтàрной кислоты; в рàсплàве Fe – Zn – Pb.

Òàкàя диàгрàммà изобрàженà нà рисунке 19 в. Çдесь три облàсти гомогенные (однофàзные) – это учàстки, прилегàющие к вершинàм À, Â, Ñ. Äвухфàзных облàстей тоже три – это учàстки, внутри которых проведены конноды. Òрехфàзнàя облàсть однà, это треугольник abc; любàя смесь, отвечàющàя точке, рàсположенной в этом поле, рàспàдàется нà слои состàвà a, b, c.

25

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software

http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.

C

C

A	B A	B
	a)	б)

C

c

Ðисунок 19 – Ðàвновесие в тройной системе с огрàниченной рàстворимостью трех пàр компонентов

a		b
A	в)	B

26

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software

http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.

Âàриàнты индивидуàльных зàдàний для сàмостоятельной рàботы студентов

Âопросы и зàдàния

1.Îбъяснить смысл всех полей, à тàкже линий и точек.

2.Åсть ли химические соединения: à) устойчивые; б) неустойчивые. Îпределить их состàв

3.Åсть ли кристàллогидрàты. Îпределить их состàв.

Äля вàриàнтов с 1 по 4:

4.Ïровести охлàждение рàсплàвà, содержàщего 20% À, 30% Ñ, 50% Â. Îпределить последовàтельность кристàллизàции компонентов,

изменение состàвà нàсыщенного рàстворà. Äля вàриàнтов с 5 по 20:

5.Ïровести испàрение воды из рàстворà 1. Îпределить последовàтельность кристàллизàции компонентов, изменение состàвà нàсыщенных рàстворов; для двухфàзных облàстей – состàв и относительное количество фàз.

6.Îпределить состàв полученной системы, состàв и относительное количество фàз, если для её приготовления взяли две системы нижеприведенного состàвà и мàссы:

вàриàнт		Ñистемà 1				Ñистемà 2
		Ñостàв, %		Ìàссà		Ñостàв, %		Ìàссà
	À	Â	Ñ	кг	À	Â	Ñ	кг
	Í2Î	S1	S2		Í2Î	S1	S2
1	65	30	5	3	15	20	65	1
2	10	20	70	1	50	10	40	4
3	30	40	30	3	80	-	20	2
4	15	70	15	2	75	5	20	3
5	10	60	30	5	65	10	25	1
6	70	25	5	4	10	20	70	2
7	15	15	70	2	65	15	20	4
8	20	50	30	1	70	-	30	2
9	80	20	-	2	15	20	65	1
10	-	80	20	1	75	5	20	5
11	60	15	25	2	20	10	70	3
12	20	20	60	4	15	10	75	2
13	30	-	70	3	15	70	15	1
14	15	65	20	4	65	10	25	1
		Ñостàв, г.				Ñостàв, г.
	Í2Î	S1	S2		Í2Î	S1	S2
15	1000	10	20	1	1000	50	60	2
16	1000	25	50	2	1000	150	100	1
17	1000	10	20	3	1000	30	80	1
18	1000	200	100	1	1000	300	600	3
19	1000	50	25	3	1000	150	150	2
20	1000	25	25	2	1000	150	200	3

27

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software

http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.

C

A B

Âàриàнт 1

C

A B

Âàриàнт 2

28

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software

http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.

C

A B

Âàриàнт 3

C

A B

Âàриàнт 4

29

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software

http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.

H2O

1

S1	S
	2

Âàриàнт 5

H2O

1

S1

S2

Âàриàнт 6

30