RAVNOTEŽA FAZA:
POTPUNO MEŠLJIVE,
DELIMIČNO MEŠLJIVE,NEMEŠLJIVE TEČNOSTI
DVOKOMPONENTNI SISTEMI
• potpuno mešljive tečnosti
• delimično mešljive tečnosti
• nemešljive tečnosti
DVOKOMPONENTNI SISTEMI
• potpuno mešljive tečnosti
• delimično mešljive tečnosti
• nemešljive tečnosti
BINARNA SMEŠA:
RAVNOTEŽA TEČNOST PARA
I tečnost i para su binarne smeše
komonenti 1 i 2.
x1 i x2 su njihove molske frakcije u
tečnosti.
x1’ i x2’ su njihove molske frakcije u
pari.
p1 i p2 su njihovi parcijalni pritisci.
IDEALNI RASTVORI
U čistoj tečnosti 1, postoje samo 1-1
interakcije.
U čistoj tečnosti 2, postoje samo 2-2
interakcije.
U rastvoru 1 i 2, postoje i 1-2 interakcije.
Hmešanja = 0 i V mešanja = 0 znači da su sve interakcije iste jačine:
F1-1 F2-2 F1-2
IDEALNI RASTVORI
Gibsovo pravilo faza:
Nezavisno promenljive: T i xi p = f (xi) za svako T:
Napon pare nad rastvorom zavisi od temperature i sastava, a pri
konstantnoj temperaturi samo od sastava rastvora.
2;2222 FpcF
IDEALNI RASTVORI
Francois Marie Raoult
(1830 - 1901)
RAULOV ZAKON
0
iii pxp
0
iii fxf
Egzaktan termodinamički oblik Raulovog zakona:
Tečni rastvori koji se pokoravaju Raulovom zakonu u čitavom
opsegu koncentracija tj. od čiste komponente 1 do čiste
komponente 2 i pri svim temperaturama i pritiscima, nazivaju se
idealnim rastvorima.
Ako Raulov zakon važi za jednu komponentu rastvora, mora
važiti i za drugu.
RAULOV ZAKON
(molekulska interpretacija)
brzina isparavanja =
brzina kondenzacije =
u ravnoteži:
0
111
0
111 1''
pxpk
kpx
k
kp
1' pk1xk
11 ' pkxk
IDEALNI RASTVORI
I RAULOV ZAKON
Ukupni toplotni sadržaj (zapremina) smeše jednak je sumi
toplotnih sadržaja (zapremina) čistih konstituenata, tako da se u
tom pogledu idealni rastvor ponaša kao smeša idealnih gasova.
ZAVISNOST NAPONA PARE
OD SASTAVA TEČNOSTI
0
21
0
11
0
22
0
1121 1 pxpxpxpxppp
0
2
0
2
0
11 pppxp
0
1p
0
2p
0
1
2
1
x
x
1
0
2
1
x
x
21 ppp
2p 1p
BENZEN I TOLUEN
SASTAVI TEČNOSTI I PARE
SE RAZLIKUJU
Benzen i toluen:
29,071,01
71,07,8/15,6
7,855,215,6
55,21,55,0
15,63,125,0
5,0
3,121,5 00
t
b
tb
t
b
tb
bt
x
kPakPax
kPappp
kPakPap
kPakPap
xx
kPapkPap
SASTAVI TEČNOSTI I PARE
SE RAZLIKUJU
tečnost na tački ključanja
xb= 0,50 xt = 0,50
pbo = 12,3 kPa pt
o = 5,1 kPa
para iznad tečnosti koja ključa
xb’ = 0,71 xt
’ = 0,29
ZAVISNOST NAPONA PARE
OD SASTAVA PARE
Pretpostavka: para se može smatrati kao smeša idealnih gasova.
RTV
npRT
V
np
'
22
'
11
V
RTnnppp 2121
p
px
p
px
p
px
p
px
0
2222
0
1111
0
2
0
2
0
11
0
111
pppx
pxx
0
1
0
1
0
21
0
211
)( pppx
pxx
ZAVISNOST NAPONA PARE
OD SASTAVA PARE
120
2
0
2
0
11
0
111 1
)(xx
pppx
pxx
1x
1x
0
2
0
1 / pp
Za p10>p2
0 je x1’>x1 (para je bogatija isparljivijom komponentom). 11 xx
Što se komponente
više razlikuju u isparljivosti,
to će se više razlikovati
sastav tečne od sastava
parne faze.
0
2
0
1 pp
ZAVISNOST NAPONA PARE
OD SASTAVA PARE
10
2
0
1
0
2
0
1
0
1
1
0
1
0
2
0
1
0
2
0
1
)1(
1
)(
xp
p
p
pp
p
xppp
ppp
Što se komponente više razlikuju
u isparljivosti, to će se viĎe razlikovati
sastav tečne od sastava parne faze.
1x
0
1/ pp
0
2
0
1 / pp
ZAVISNOST NAPONA PARE
OD SASTAVA PARE
l
p
p 2
p 2
0
p 1
0
p 1
p T= c onst.
x = 1
x = 01
2
x = 1
x = 02
1
x1
x2
x '1
v
1
0
1
0
2
0
1
0
2
0
1
)( xppp
ppp
FAZNI DIJAGRAM
IDEALNOG RASTVORA
Gornja linija - tečnost-sastav linija.
Donja linija - para-sastav linija.
T = const.
tečnost
para
xAxA
molski udeo komponente A
pri
tisa
k
F = 2
F = 2
F = 1
KRETANJE DUŽ IZOPLETE
Izopleta – linija konstantnog sastava
tečnost
para
izopleta
izobara
pri
tisa
k,
p
molski udeo komponente A
FIZIČKA SLIKA PROCESA
21
Jedan način smanjivanja pritiska je
podizanje klipa.
Pri dovoljno visokom pritisku (nije
prikazan), prisutna je samo tečnost.
(a) – Nešto pare se pojavilo.
(b) – Samo malo tečnosti je ostalo.
(c) – Samo je para prisutna.
SPOJNA LINIJA I PRAVILO POLUGE
Linija koja prolazi kroz dvofaznu
oblast i spaja dve faze u ravnoteži je
spojna linija.
Prema pravilu poluge, nala = nblb
Što je ukupni sastav bliži liniji
tečnost-sastav to je prisutno više
tečnosti u dvofaznoj oblasti.p
ritisa
k
sastav
PRAVILO POLUGE
komponente A i B, faze i
n – ukupni broj molova u sistemu
n/n – ukupni broj molova u fazi /
AAA
A
AAA
A
AAA
A
xnnn
nx
xnnn
nx
nxnn
nx
nnn
AAA
AAA
xnxnnx
nnn
AAA xnxnnx AAAA xnxnxnxn
AAAA xxnxxn
AA
AA
xx
xx
n
n
SPOJNA LINIJA I PRAVILO POLUGE
pri
tisa
k
sastav
l
l
xx
xx
n
n
AA
AA
TAČKA KLJUČANJA
p = 1 bar (1 atm) = const.
ukoliko su tečnost i para u ravnoteži, odgovarajuća temperatura
predstavlja tačku ključanja datog rastvora
Tačka ključanja je za rastvor svakog pojedinog sastava drukčija na
osnovu ovih podataka se formira zavisnost tačke ključanja od sastava
tečne i parne faze na istom faznom dijagramu.
BENZEN I TOLUEN
BENZEN –TOLUEN (napon pare)
TAČKA KLJUČANJA
IDEALNIH RASTVORA
bar1
300
200
100
kPap
10
1x
100
90
80
C0
10
70
ZAVISNOST TAČKE KLJUČANJA
OD SASTAVA
zavisnost tačke ključanja od sastava tečne faze:
zavisnost tačke ključanja od sastava parne faze:
TpxTpxTpxTpxTpTpp 0
21
0
11
0
22
0
1121 1
TpTp
Tppx
0
2
0
1
0
21
'
1
0
1
0
2
0
1
0
2
0
1
xTpTpTp
TpTpp
TpTp
Tpp
p
Tpx
0
2
0
1
0
2
0
1'
1
ZAVISNOST TAČKE KLJUČANJA
OD SASTAVA
para
tečnost
molski udeo komponente A
tem
pe
ratu
raF = 2
F = 2
F = 1
p = const.
RASTVOR BENZENA I TOLUENA
DIJAGRAM DESTILACIJE
Skoro čisto B može da se izdvoji u
destilatu i skoro čisto A u ostatku.
sastav
sastav
tem
pera
tura
, T
tem
pera
tura
, T
3 teorijska platoa
5 teorijskih platoa
Ciklusi isparavanja i kondenzacije
se nazivaju frakcionom
destilacijom.
FRAKCIONA DESTILACIJA
Metodom frakcione destilacije moguće je izvršiti razdvajanje čistih
komponenata iz rastvora.
v1
v2
v3
v'
A
l1
l2
l'
l3
T'
T3
T2
T1
te~ nost
T
T1
O
T2
O
para
100%, 1 100%, 2x1 x2
D
T1
T2
T3
b)a)
1
2
B C
APARAT ZA DESTILACIJU
Smeša koja se
razdvaja
Kolona za
destilaciju
Ulaz vode
Izlaz vode
Destilat
Termometar
IDEALNI I NEIDEALNI RASTVORI
idealni rastvor pozitivna odstupanja negativna odstupanja
NEIDEALNI RASTVOR:
POZITIVNA ODSTUPANJA
Najveći broj binernih tečnih sistema
pokazuje pozitivna odstupanja.
Primeri: aceton-ugljendisulfid,
heptan-etilalkohol kao i smeše vode i
primarnih alkohola.
NEIDEALNI RASTVOR:
NEGATIVNA ODSTUPANJA
Primeri za negativno odstupanje su:
piridin-mravlja, sirćetna ili propionska kiselina
(bazni i kiseli sastojak), smeše halometana,
npr. hloroforma sa kiseoničnim ili azotnim
jedinjenjem npr. keton, etar, estar ili amin.
Negativna odstupanja se javljaju i u smešama
lako isparljivih kiselina npr. halogenih, azotne
ili perhlorne sa vodom.
NEIDEALNI RASTVOR:
POZITIVNA ODSTUPANJA
sastav
NEIDEALNI RASTVOR:
POZITIVNA ODSTUPANJA
sastav
NEIDEALNI RASTVOR:
POZITIVNA ODSTUPANJA
NEIDEALNI RASTVORI
POZITIVNA ODSTUPANJA
NEIDEALNI RASTVOR:
POZITIVNA ODSTUPANJA
molski udeo komponente A
tem
pe
ratu
rapara
tečnost
NEIDEALNI RASTVOR:
NEGATIVNA ODSTUPANJA
molski udeo komponente A
tem
pe
ratu
ra
para
tečnost
DVOKOMPONENTNI SISTEMI
• potpuno mešljive tečnosti
• delimično mešljive tečnosti
• nemešljive tečnosti
DELIMIČNO MEŠLJIVE TEČNOSTI
heksan i nitrobenzen
l
l
xx
xx
n
n
AA
AA
KRITIČNE TEMPERATURE SMEŠA
Neki sistemi (npr., voda-trietilamin)
imaju donju kritičnu temperaturu.
Ponekad (npr., nikotin-voda) postoji i
donja i gornja kritična temperatura. tem
pe
ratu
ra
molski udeo nikotina
nikotinvoda
DELIMIČNO MEŠLJIVE TEČNOSTI
Delimično mešljive tečnosti često
formiraju azeotropne smeše sa
minimumom tačke ključanja.
Ako je gornja kritična temperatura
ispod tačke ključanja, dijagram
faza će izgledati kao na slici.
molski udeo komponente B
tem
pe
ratu
ra
para
tečnost
tečnost
DELIMIČNO MEŠLJIVE TEČNOSTI
Delimično mešljive tečnosti često
formiraju azeotropne smeše sa
minimumom tačke ključanja.
Ako do ključanja dolazi pre
dostizanja gornja kritične
temperature, dijagram faza će
izgledati kao na slici.
molski udeo komponente B
para
tečnost
tečnost
tem
pe
ratu
ra
DVOKOMPONENTNI SISTEMI
• potpuno mešljive tečnosti
• delimično mešljive tečnosti
• nemešljive tečnosti
NEMEŠLJIVE TEČNOSTI
Kada se dve nemešljive tečnosti
mućkaju zajedno, ukupni napon pare
je p = pA + pB.
Obe tečnosti će ključati kada je ukupni
pritisak p = atmosferski pritisak.
DESTILACIJA PAROM
Činjenica da je p = pA + pB za nemešljive tečnosti je osnov destilacije
parom.
Destilacija parom omogućava da se ulje i druga sa vodom nemešljiva
organska jedinjenja destiluju na nižoj temperaturi od normalne tačke
ključanja.
Mnoga organska jedinjenja su termički nestabilna i mogu se raspadati
pre ključanja.
Nedostatak – sastav destilata je proporcionalan naponu pare
komponenata.
NERNSTOV ZAKON RASPODELE
Ako se sistemu od dve nemešljive ili slabo mešljive tečnosti doda
odreĎena količina neke treće supstancije, ona će se rastvoriti u oba
tečna sloja, tako da će odnos ravnotežnih koncentracija te supstancije
u I i II sloju biti konstantan na bilo kojoj temperaturi:
bez obzira na vrednosti ravnotežnih koncentracija.
K – konstanta raspodele.
KC
C
II
I
ZAKON RASPODELE
III aRT ln0
IIIIII aRT ln0
RTa
a III
II
I
00
ln
Ka
a
II
I
KC
C
II
I
Razblaženi rastvor
KC
C
IIII
II
)α1(
)α1(
Disocijacija
EKSTRAKCIJA
Organske supstancije kao više rastvorljive u organskim rastvaračima
nego u vodi mogu se ekstrahovati iz vodenih rastvora. Kao organski
rastvarači najčešće se koriste etar, hloroform, ugljentetrahlorid ili
benzen.
Klmm
Vm
/)(
/
1
1
lKV
KVmm
1
2
12
lKV
KVm
lKV
KVmm
n
nlKV
KVmm
Recommended