28. Почему смесь кипит в диапазоне давлений? Фазовые равновесия. Диаграммы жидкость–пар.
Почему смесь двух жидкостей переходит в пар не при одном давлении, а в целом диапазоне? Как связаны состав жидкости и состав пара над ней? В этой лекции по физической химии разбираем равновесие жидкость–пар для двухкомпонентных систем: закон Рауля, закон Дальтона, законы Коновалова, азеотропные смеси и три вида перегонки. ------------------------------------------------------------------------------- Канал «Научная Тематика»! Поддержать канал Донатом🧧💰👇. Перевод на карту: Сбер: 4817 7601 3927 9347 Т-банк: 2200 7017 8811 7452 Сервисы раннего доступа, смотри видео раньше и поддержи канал: Подписка на Boosty • https://boosty.to/ivanovskiy/donate Подписка на VK_Donut • https://vk.com/donut/ivanovskiysergey Канал в соцсетях👇 Телеграм • https://t.me/ivanovskiysergey ВК • https://vk.com/ivanovskiysergey Дзен • https://dzen.ru/ivanovskiysergey Rutube •https://rutube.ru/video/person/30197834 ------------------------------------------------------------------------------- Сегодня речь идёт о двухкомпонентных системах из двух смешивающихся жидкостей. Главный вопрос: когда такая смесь начнёт кипеть и какой состав пара мы при этом получим. Для построения диаграммы состояния двухкомпонентной системы нужны три параметра: давление, температура и состав. Трёхмерную диаграмму на плоскости не изобразить, поэтому фиксируют либо температуру, либо давление. Сначала рассматривается изотермическая диаграмма давление–состав. Используются принципы Курнакова: принцип непрерывности и принцип соответствия, а также правило фаз Гиббса, которое связывает число степеней свободы с числом компонентов и фаз. Для идеального раствора работает закон Рауля: парциальное давление компонента над раствором равно произведению давления насыщенного пара чистого компонента на его мольную долю в жидкости. Общее давление в двухкомпонентной системе меняется по прямой линии от давления чистого компонента B до давления чистого компонента A. Это доказывается подстановкой закона Рауля в выражение для суммы парциальных давлений — получается уравнение прямой. Закон Дальтона позволяет найти состав газовой фазы: мольная доля компонента в паре равна его парциальному давлению, делённому на общее давление. Подставляя сюда закон Рауля, получаем нелинейную зависимость состава пара от состава жидкости. Первый закон Коновалова утверждает: газовая фаза всегда обогащена легколетучим компонентом — тем, у которого давление насыщенного пара выше. При кипении смеси пар содержит больше легколетучего вещества, чем исходная жидкость. На диаграмме давление–состав для идеального раствора верхняя прямая линия описывает состав жидкой фазы, а нижняя кривая — состав газовой фазы. Между ними область сосуществования жидкости и пара. Сверху — область чистой жидкости, снизу — область чистого пара. Важно: чистый компонент переходит в пар при одном давлении, а смесь — в диапазоне давлений, от начала кипения до полного испарения. Для реальных растворов наблюдаются отклонения от закона Рауля. При положительных отклонениях молекулы в смеси слабее удерживают друг друга и легче переходят в пар. При отрицательных — межмолекулярные связи усиливаются. При существенных отклонениях на диаграмме возникает особая точка — азеотроп, где состав жидкости и пара совпадают. Это можно представить так: при определённом соотношении компонентов молекулы складываются в единственный тип кластера, и система ведёт себя как индивидуальное вещество. Второй закон Коновалова связывает два типа диаграмм: максимуму на диаграмме давление–состав соответствует минимум на диаграмме температура–состав и наоборот. Обсуждается явление перегрева жидкости и роль центров парообразования. Жидкость можно нагреть выше точки кипения, и она останется в жидкой фазе — это метастабильное состояние. Кипение начинается с неровностей на дне посуды, которые служат точками парообразования. Практическое применение диаграмм — разделение смесей. Рассмотрены три вида перегонки. Интегральная: однократное разделение жидкости и пара при заданной температуре. Дифференциальная: постоянное отведение пара, жидкость постепенно обогащается труднолетучим компонентом. Ректификация: многократная перегонка, при которой пар контактирует с жидкостью другого состава, что позволяет полностью разделить компоненты. 0:00 Введение и краткое содержание предыдущих лекций 4:16 Постановка задачи: когда смесь двух жидкостей начнёт кипеть 8:24 Закон Рауля и построение диаграммы давление–состав для идеального раствора 16:34 Состав газовой фазы: закон Дальтона и первый закон Коновалова 25:50 Реальные растворы: отклонения от закона Рауля и азеотропные смеси 32:10 Почему жидкость кипит: энергетические ямы, перегрев и центры парообразования 38:29 Почему смесь кипит в диапазоне температур: модель молекулярных кластеров 45:44 Правило рычага и три вида перегонки: интегральная, дифференциальная, ректификация #физическаяхимия #фазовыеравновесия #диаграммасостояния #перегонка #термодинамика
Почему смесь двух жидкостей переходит в пар не при одном давлении, а в целом диапазоне? Как связаны состав жидкости и состав пара над ней? В этой лекции по физической химии разбираем равновесие жидкость–пар для двухкомпонентных систем: закон Рауля, закон Дальтона, законы Коновалова, азеотропные смеси и три вида перегонки. ------------------------------------------------------------------------------- Канал «Научная Тематика»! Поддержать канал Донатом🧧💰👇. Перевод на карту: Сбер: 4817 7601 3927 9347 Т-банк: 2200 7017 8811 7452 Сервисы раннего доступа, смотри видео раньше и поддержи канал: Подписка на Boosty • https://boosty.to/ivanovskiy/donate Подписка на VK_Donut • https://vk.com/donut/ivanovskiysergey Канал в соцсетях👇 Телеграм • https://t.me/ivanovskiysergey ВК • https://vk.com/ivanovskiysergey Дзен • https://dzen.ru/ivanovskiysergey Rutube •https://rutube.ru/video/person/30197834 ------------------------------------------------------------------------------- Сегодня речь идёт о двухкомпонентных системах из двух смешивающихся жидкостей. Главный вопрос: когда такая смесь начнёт кипеть и какой состав пара мы при этом получим. Для построения диаграммы состояния двухкомпонентной системы нужны три параметра: давление, температура и состав. Трёхмерную диаграмму на плоскости не изобразить, поэтому фиксируют либо температуру, либо давление. Сначала рассматривается изотермическая диаграмма давление–состав. Используются принципы Курнакова: принцип непрерывности и принцип соответствия, а также правило фаз Гиббса, которое связывает число степеней свободы с числом компонентов и фаз. Для идеального раствора работает закон Рауля: парциальное давление компонента над раствором равно произведению давления насыщенного пара чистого компонента на его мольную долю в жидкости. Общее давление в двухкомпонентной системе меняется по прямой линии от давления чистого компонента B до давления чистого компонента A. Это доказывается подстановкой закона Рауля в выражение для суммы парциальных давлений — получается уравнение прямой. Закон Дальтона позволяет найти состав газовой фазы: мольная доля компонента в паре равна его парциальному давлению, делённому на общее давление. Подставляя сюда закон Рауля, получаем нелинейную зависимость состава пара от состава жидкости. Первый закон Коновалова утверждает: газовая фаза всегда обогащена легколетучим компонентом — тем, у которого давление насыщенного пара выше. При кипении смеси пар содержит больше легколетучего вещества, чем исходная жидкость. На диаграмме давление–состав для идеального раствора верхняя прямая линия описывает состав жидкой фазы, а нижняя кривая — состав газовой фазы. Между ними область сосуществования жидкости и пара. Сверху — область чистой жидкости, снизу — область чистого пара. Важно: чистый компонент переходит в пар при одном давлении, а смесь — в диапазоне давлений, от начала кипения до полного испарения. Для реальных растворов наблюдаются отклонения от закона Рауля. При положительных отклонениях молекулы в смеси слабее удерживают друг друга и легче переходят в пар. При отрицательных — межмолекулярные связи усиливаются. При существенных отклонениях на диаграмме возникает особая точка — азеотроп, где состав жидкости и пара совпадают. Это можно представить так: при определённом соотношении компонентов молекулы складываются в единственный тип кластера, и система ведёт себя как индивидуальное вещество. Второй закон Коновалова связывает два типа диаграмм: максимуму на диаграмме давление–состав соответствует минимум на диаграмме температура–состав и наоборот. Обсуждается явление перегрева жидкости и роль центров парообразования. Жидкость можно нагреть выше точки кипения, и она останется в жидкой фазе — это метастабильное состояние. Кипение начинается с неровностей на дне посуды, которые служат точками парообразования. Практическое применение диаграмм — разделение смесей. Рассмотрены три вида перегонки. Интегральная: однократное разделение жидкости и пара при заданной температуре. Дифференциальная: постоянное отведение пара, жидкость постепенно обогащается труднолетучим компонентом. Ректификация: многократная перегонка, при которой пар контактирует с жидкостью другого состава, что позволяет полностью разделить компоненты. 0:00 Введение и краткое содержание предыдущих лекций 4:16 Постановка задачи: когда смесь двух жидкостей начнёт кипеть 8:24 Закон Рауля и построение диаграммы давление–состав для идеального раствора 16:34 Состав газовой фазы: закон Дальтона и первый закон Коновалова 25:50 Реальные растворы: отклонения от закона Рауля и азеотропные смеси 32:10 Почему жидкость кипит: энергетические ямы, перегрев и центры парообразования 38:29 Почему смесь кипит в диапазоне температур: модель молекулярных кластеров 45:44 Правило рычага и три вида перегонки: интегральная, дифференциальная, ректификация #физическаяхимия #фазовыеравновесия #диаграммасостояния #перегонка #термодинамика